La "flexoélectricité" dans les élastomères souples pourrait améliorer le mouvement du robot

Certains matériaux dans la nature peuvent changer considérablement de taille et de forme - ou se déformer - comme un élastique lorsqu'un signal électrique est envoyé. Les matériaux agissent comme un convertisseur d'énergie qui se déforme lorsqu'un signal électrique est envoyé ou fournit de l'électricité lorsqu'il est manipulé. C'est ce qu'on appelle la piézoélectricité et est utile dans la création de capteurs et d'électronique laser, parmi plusieurs autres utilisations finales. Ces matériaux naturels sont rares et consistent en des structures cristallines rigides qui sont souvent toxiques - trois inconvénients distincts pour les applications humaines.

Les polymères artificiels offrent des étapes pour atténuer ces points douloureux en éliminant la rareté des matériaux et en créant des polymères souples capables de se plier et de s'étirer (appelés élastomères souples), mais auparavant, ces élastomères souples manquaient d'attributs piézoélectriques importants.

Les chercheurs ont démontré une « flexoélectricité géante » dans les élastomères souples qui pourrait améliorer la plage de mouvement du robot et faire des stimulateurs cardiaques autonomes une possibilité réelle. Cette théorie établit un lien entre l'électricité et le mouvement mécanique dans des matériaux souples ressemblant à du caoutchouc. Alors que certains polymères sont faiblement piézoélectriques, il n'y a pas de matériaux souples caoutchouteux qui soient piézoélectriques. Le terme pour ces élastomères souples multifonctionnels à capacité accrue est « flexoélectricité géante »; en d'autres termes, l'amélioration des performances flexoélectriques dans les matériaux souples.

Dans la plupart des matériaux en caoutchouc souple, la flexoélectricité est assez faible, mais en réorganisant les chaînes en cellules unitaires au niveau moléculaire, la théorie montre que les élastomères souples peuvent atteindre une flexoélectricité de près de 104 fois la quantité conventionnelle. Des robots de type humain fabriqués avec des élastomères souples qui contiennent des propriétés flexoélectriques accrues seraient capables d'une plus grande amplitude de mouvement pour effectuer des tâches physiques. Les stimulateurs cardiaques implantés dans le cœur humain et utilisant des piles au lithium pourraient plutôt être auto-alimentés, car le mouvement naturel génère de l'énergie électrique.

La mécanique des élastomères souples générant et manipulés par des signaux électriques reproduit une fonction similaire observée dans les oreilles humaines. Les sons frappent le tympan, qui vibre ensuite et envoie des signaux électriques au cerveau, où ils sont interprétés. Dans ce cas, le mouvement peut manipuler des élastomères souples et générer de l'électricité pour alimenter un appareil par lui-même. Ce processus d'auto-génération d'énergie par le mouvement est un pas en avant par rapport à une batterie typique.

Les efforts visant à améliorer l'effet flexoélectrique dans les élastomères souples feront l'objet d'études plus approfondies.