Les progrès dans le domaine des matériaux intelligents ouvrent de nouvelles possibilités pour la robotique souple et les dispositifs biomédicaux. Une équipe de chercheurs américains a mis au point un matériau innovant qui allie souplesse, élasticité et capacité d’auto-assemblage, des propriétés essentielles pour s’adapter aux tissus et organes humains.
Les scientifiques de Penn State ont développé un matériau imprimable en 3D qui se distingue par sa capacité à s’auto-assembler, éliminant ainsi de nombreux inconvénients des méthodes de fabrication précédentes.
«Des conducteurs souples et étirables sont développés depuis près d’une décennie, mais leur conductivité n’est généralement pas très élevée. Les chercheurs ont réalisé qu’ils pouvaient atteindre une conductivité élevée avec des conducteurs à base de métal liquide, mais la limitation significative réside dans la nécessité d’une méthode secondaire pour activer le matériau avant qu’il ne puisse atteindre une conductivité élevée.» a précisé le professeur Tao Zhou, auteur principal de l’étude.
Les conducteurs étirables à base de métal liquide présentent des défis inhérents liés au processus d’activation post-fabrication. Les méthodes d’activation secondaires, telles que l’étirement, la compression, le frottement de cisaillement, le frittage mécanique et l’activation laser, peuvent entraîner des difficultés de fabrication et provoquer des fuites de métal liquide, entraînant une défaillance du dispositif.
Une innovation matérielle
Le professeur Zhou a souligné : «Notre méthode ne nécessite aucune activation secondaire pour rendre le matériau conducteur. Le matériau peut s’auto-assembler pour rendre sa surface inférieure très conductrice et sa surface supérieure auto-isolée.»
Dans cette nouvelle approche, les chercheurs combinent du métal liquide, un mélange de polymères conducteurs appelé PEDOT:PSS et du polyuréthane hydrophile qui permet au métal liquide de se transformer en particules. Lorsque le matériau composite souple est imprimé et chauffé, les particules de métal liquide sur sa surface inférieure s’auto-assemblent en une voie conductrice. Les particules de la couche supérieure, exposées à un environnement riche en oxygène, s’oxydent, formant une couche supérieure isolée.
La couche conductrice joue un rôle crucial dans la transmission d’informations au capteur, comme les enregistrements d’activité musculaire et la détection de contraintes sur le corps. La couche isolée, quant à elle, contribue à prévenir les fuites de signal qui pourraient conduire à une collecte de données moins précise.
Perspectives d’applications dans le domaine biomédical
«Notre innovation ici est d’ordre matériel. Normalement, lorsque le métal liquide se mélange aux polymères, ils ne sont pas conducteurs et nécessitent une activation secondaire pour atteindre la conductivité. Mais ces trois composants permettent l’auto-assemblage qui produit la haute conductivité d’un matériau souple et étirable sans méthode d’activation secondaire.» a t-il également ajouté.
Le matériau peut également être imprimé en 3D, facilitant ainsi la fabrication de dispositifs portables. Les chercheurs continuent d’explorer les applications potentielles, en se concentrant sur les technologies d’assistance pour les personnes en situation de handicap.
Cette innovation pourrait permettre d’accéder à de nouvelles possibilités dans le domaine de la robotique souple, de l’électronique intégrée à la peau et des dispositifs biomédicaux. Les propriétés uniques de ce matériau pourraient permettre le développement de capteurs plus précis et plus confortables pour diverses applications médicales et technologiques.
Légende illustration : Des chercheurs de l’État de Pennsylvanie ont mis au point un nouveau matériau souple et extensible qui peut être imprimé en 3D. Ce matériau peut être utilisé pour fabriquer des dispositifs portables, tels qu’un capteur pouvant être porté au doigt, comme illustré ici. Crédit : Marzia Momin.
