La prolifération rapide des robots et des dispositifs électroniques impose une nouvelle charge environnementale croissante au monde. Selon l’Institut des Nations Unies pour la formation et la recherche (UNITAR), les déchets électroniques mondiaux ont atteint environ 62 millions de tonnes métriques en 2022, une partie importante n’étant ni correctement collectée ni recyclée, mais plutôt mise en décharge ou incinérée.
Alors que les robots souples sont de plus en plus adoptés dans divers secteurs (notamment la santé, l’agriculture et l’exploration environnementale ) les systèmes robotiques en fin de vie émergent comme une nouvelle source de déchets électroniques de nouvelle génération. En particulier, les robots souples et leurs systèmes électroniques associés sont généralement construits à partir d’architectures multicouches en film mince composées d’élastomères polymères thermodurcissables, d’alliages métalliques et de semi-conducteurs extrinsèques. Ces combinaisons hétérogènes de matériaux rendent le recyclage pratiquement impossible et empêchent la dégradation naturelle, ce qui suscite des inquiétudes croissantes quant à l’aspect fondamentalement non durable de ces technologies.
Pour relever ces défis, une équipe de recherche conjointe SNU–Sogang–JKU dirigée par le professeur Seung-Kyun Kang de l’Université nationale de Séoul, le professeur Sang-Yup Kim de l’Université Sogang et le professeur Martin Kaltenbrunner de l’Université Johannes Kepler de Linz a développé un système électronique robotique souple entièrement biodégradable et compostable qui maintient des performances et une durabilité élevées pendant le fonctionnement, mais retourne complètement à la nature après utilisation.
L’équipe a utilisé un élastomère biodégradable sans eau, le poly(glycérol sébacate) (PGS), comme matériau structurel pour le cadre robotique, permettant la réalisation d’actionneurs souples avec une faible hystérésis et une excellente récupération élastique. L’actionneur de flexion à base de PGS a montré une durabilité remarquable, conservant des angles de flexion et des forces de sortie presque inchangés même après un million de cycles d’actionnement, et préservant des performances stables après un stockage à long terme.
De plus, des composants électroniques inorganiques biodégradables composés de magnésium (Mg), de molybdène (Mo) et de silicium (Si) ont été intégrés pour incorporer des capteurs de courbure, de déformation, tactiles, de température, d’humidité et de pH, ainsi que des dispositifs de chauffage, des stimulateurs électriques et des modules d’administration de médicaments, dans un seul doigt robotique souple – démontrant ainsi une plateforme électronique biodégradable multifonctionnelle hautement intégrée. Lorsque l’ensemble du système robotique a été soumis à des conditions de compostage industriel, le cadre structurel et les composants électroniques se sont décomposés en quelques mois. Des tests de croissance des plantes réalisés avec le compost obtenu ont confirmé l’absence de toxicité environnementale.
Le professeur Kang a déclaré : « Cette recherche surmonte les limitations traditionnellement associées aux matériaux biodégradables et démontre des systèmes robotiques et électroniques souples avec des niveaux pratiques de durabilité et de performances, établissant une nouvelle référence pour la robotique durable. »
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Le Dr Kyung-Sub Kim a ajouté : « En atteignant simultanément des performances élevées, une biodégradabilité complète et une sécurité écologique, cette plateforme devrait servir de technologie fondatrice pour la transition vers une robotique et une électronique responsables sur le plan environnemental. »
L’étude présente une solution fondamentale au problème croissant des déchets liés aux robots et aux dispositifs électroniques et introduit un nouveau paradigme dans lequel les machines intelligentes accomplissent leurs missions et retournent au sol – non pas comme des déchets, mais comme faisant partie de la nature.
Article : Biodegradable yet hyperdurable robotic fingers for zero-waste soft electronics – Journal : Nature Sustainability – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude
Source : SNU KR
