Les polymères à mémoire de forme sont des matériaux prometteurs dans de nombreuses applications émergentes en raison de leur grande extensibilité et de leur excellente récupération de forme. Lorsqu’ils sont étirés ou déformés, les polymères à mémoire de forme peuvent revenir à leur état normal en appliquant simplement de la chaleur ou de la lumière.
Ces matériaux sont très prometteurs pour la robotique douce, les dispositifs biomédicaux intelligents et les structures spatiales déployables, mais jusqu'à présent, ils n'ont pas réussi à stocker suffisamment d'énergie tout en étant étirés. Cela signifie qu'ils ne libèrent pas beaucoup d'énergie lors des étirements, ce qui a limité leur utilisation dans les activités impliquant de soulever ou de déplacer des objets.
Désormais, le chercheur Zhénan Bao de l'Université de Stanford en Californie et son équipe ont développé un polymère à mémoire de forme pour de nouveaux muscles robotiques. Grâce à cette solution, les robots peuvent bouger seuls leurs bras lorsque les polymères sont chauffés. Les nouveaux polymères peuvent soulever des objets 5000 fois leur poids et stocker près de six fois plus d'énergie que les versions précédentes.
Des muscles robotiques plus puissants, plus légers et moins chers
Activé par la chaleur ou la lumière, le nouveau muscle artificiel a un squelette polymère de polypropylène glycol. A cela, les chercheurs ont ajouté des unités de 4-,4′-méthylènebisphénylurée. Dans l’état originel de ces polymères, les chaînes du matériau sont enchevêtrées et désordonnées. Leur étirement provoque l'alignement des chaînes du polymère et la formation de liaisons hydrogène entre les groupes urée, créant des structures supermoléculaires qui le rendent stable et solide. Si vous chauffez ensuite les polymères à 70°C, les liaisons hydrogène se rompent à nouveau. Et que se passe-t-il ? Le « muscle robotique » peut revenir à son état initial, libérant ainsi l’énergie des liaisons.
Lors des tests, le polymère a été étiré jusqu'à cinq fois sa longueur initiale et stocké jusqu'à 17,9 joules d'énergie par gramme sous sa forme allongée, six fois celle de la plupart des autres polymères à mémoire de forme.
Pour démontrer les utilisations potentielles de ces polymères, l’équipe a fabriqué un muscle artificiel en attachant un polymère pré-étiré aux bras supérieurs et inférieurs d’un mannequin en bois. Lorsqu'il est chauffé, le matériau se contracte, obligeant le mannequin à plier le bras au niveau du coude.
