Des chercheurs de l'Institut italien de technologie ont développé un Velcro doux, biodégradable et soluble basé sur la structure en micro-anneaux des feuilles d'une plante appelée « handstick ».
L'équipe a utilisé le matériau nouvellement fabriqué pour construire de petits appareils qui surveillent la santé des plantes cultivées, afin de leur fournir des médicaments et de la nutrition selon leurs besoins. Le tout dans le cadre d’un projet de recherche publié dans le magazine Communications Materials.
Velcro, naissance d'une petite étoile
Le créateur du Velcro était un ingénieur suisse nommé George de Mestral. En 1948, de Mestral prend deux semaines de vacances pour aller chasser : lors d'une randonnée avec son braque irlandais dans les montagnes du Jura, il est tourmenté par des graines de bardane sauvages. Ces malheureux s'accrochaient inexorablement à ses vêtements et à la fourrure du chien. Tenace, très tenace.
Au point que De Mestral a voulu en examiner certains au microscope.
Il a remarqué que l'extérieur de chaque graine était recouvert de centaines de petits crochets accrochés à des boucles de fil ou, dans le cas du chien, à de la fourrure. Et une idée lui vint. Le Velcro est né (des mots français VELours, « velours », et CROchet, « crochet »).
Le Velcro, introduit en 1960, n’a pas connu un succès immédiat, mais la NASA l’a trouvé utile pour les astronautes. À partir de ce moment, son ascension commence jusqu'à ce qu'il vende 60 millions de mètres par an : le bon De Mestral, à sa mort en 1990, était multimillionnaire.
Aujourd'hui, il est pratiquement partout
Le velcro est utilisé dans de nombreux objets tels que les chaussures, les sacs à dos, les portefeuilles, les vestes et les bretelles. Ils l’ont même utilisé pour aider un cœur humain à rester ensemble lors de la première transplantation cardiaque artificielle. Puisque le Velcro est fait de nylon, l’idée d’en faire une version biodégradable est fantastique. Comment a-t-il été développé ?
Le scientifique Isabelle Fiorello et ses collègues voulaient trouver de nouvelles façons de surveiller les plantes. Ils se demandaient s'il existait un moyen d'attacher leurs appareils aux feuilles sans les endommager. Ils avaient deux options : les lier chimiquement ou en utilisant des patchs micro-aiguilles.
Finalement, ils ont trouvé l'inspiration dans la plante herbacée commune (aparine de galium). Il peut former des enchevêtrements denses sur le sol, et bien qu'il puisse atteindre près de 2 mètres (6 pieds), il ne peut pas se tenir debout tout seul et utilise d'autres plantes comme support. Pour cela il s'appuie sur un mécanisme d'ancrage à micro-crochets.
L’équipe italienne a étudié de très près cette petite structure, puis a utilisé une imprimante 3D pour en créer des versions artificielles. Le Velcro « naturel » a été testé avec différents matériaux, dont ceux photosensibles et biodégradables à base d'isomalt (oui, celui également utilisé pour les gâteaux). Ça a marché.
Un velcro biodégradable pour aider les plantes
En guise d'application initiale, l'équipe a conçu un dispositif capable de pénétrer dans la cuticule d'une plante avec un caractère invasif minimal, permettant ainsi de surveiller et de traiter la plante si nécessaire. Les micro-crochets « Velcro » avec isomalt s'attachent au système vasculaire des feuilles puis se dissolvent à l'intérieur, car l'isomalt est soluble.
Les expériences ont montré que des micro-aiguilles artificielles pouvaient être utilisées comme patch « à libération intelligente », pour utiliser le moins de pesticides possible. Les patchs Velcro biodégradables se dissolvent une fois appliqués, il n'y a donc pas de gaspillage.
L'équipe a également imprimé des crochets en résine photosensible et les a assemblés avec des capteurs de lumière, de température et d'humidité pour créer des clips intelligents. Ces clips se fixent à des feuilles individuelles pour transmettre des données sans fil à l'aide d'un logiciel personnalisé.
Le prototype a pu mesurer jusqu'à 50 jours dans des conditions venteuses. L'appareil peut être utilisé pour des applications botaniques à petite ou à plus grande échelle, telles que les agriculteurs déployant de nombreux appareils pour mieux cartographier et surveiller de grandes zones de culture.
Les prochaines étapes
L'équipe du Dr Fiorello n'a pas seulement développé un velcro biodégradable, je pense avoir clarifié cela. Mais il a également fait plus que le système avancé de surveillance et d'alimentation des plantes. Il a également développé une sorte de micro qui peut se déplacer à la surface de la feuille par petits pas. Il se déplace comme le ferait une plante. Un mécanisme similaire à ceux précédemment démontrés dans le SpinyBot de L'Université de Stanford, et en Robot CLASH de Berkeley, capable de grimper sur des surfaces en tissu suspendues et lâches, telles que des rideaux.
Le modèle italien a cependant quelque chose de plus. "Au meilleur de nos connaissances, il s'agit de la première machine de validation de principe inspirée par les plantes, capable de se déplacer sur une feuille", écrivent les auteurs. Pour cela, il faudra cependant surmonter des obstacles : tout d’abord, comprendre comment faire fonctionner un tel robot dans des conditions atmosphériques telles que celles extérieures.
