Robots nano pliables révolutionnaires : actionneurs à mémoire de forme

Actionneurs à mémoire de forme pour nanorobots

Un robot nanosize pleinement fonctionnel nécessite circuits électroniques, photovoltaïques, capteurs et antennes. Mais s'il doit bouger, il doit pouvoir se plier. Des chercheurs ont créé des actionneurs à mémoire de forme de taille micronique permettant à des matériaux bidimensionnels atomiquement minces de se plier eux-mêmes en configurations 3D. Tout ce dont ils ont besoin est une brève impulsion de tension. Et une fois le matériau plié, il maintient sa forme même après retrait de la tension.

Fonctionnement et propriétés

Imaginez un million de robots microscopiques fabriqués se détachant d'une wafer, se pliant en forme, rampant librement et vaquant à leurs tâches, s'assemblant même en structures plus complexes. L'actionneur à mémoire de forme du robot peut être piloté par tension et maintenir une forme pliée.

Les actionneurs peuvent se plier avec un rayon de courbure inférieur au micron — les courbures les plus élevées de tout actionneur piloté par tension d'un ordre de grandeur. Cette flexibilité est importante car un principe de base de la fabrication de robots microscopiques est que la taille du robot est déterminée par la petitesse des appendices qu'on peut faire plier. Plus les plis sont serrés, plus les replis sont petits, plus l'empreinte de chaque machine est minuscule. C'est aussi important que ces plis puissent être maintenus par le robot, minimisant la consommation d'énergie — caractéristique particulièrement avantageuse pour robots et machines microscopiques.

Les dispositifs consistent en une couche de platine d'épaisseur nanométrique coiffée d'un film de titane ou dioxyde de titane. Plusieurs panneaux rigides de dioxyde de silicium (verre) reposent sur ces couches. Quand une tension positive est appliquée, des atomes d'oxygène sont poussés dans le platine et échangent leurs places avec les atomes de platine. Ce processus, appelé oxydation, fait gonfler le platine d'un côté dans les joints entre les panneaux de verre inertes, pliant la structure dans sa forme prédéfinie. Les machines maintiennent cette forme même après retrait de la tension car les atomes d'oxygène emmagasinés forment une barrière empêchant leur diffusion.

En appliquant une tension négative, les chercheurs retirent les atomes d'oxygène et restaurent rapidement le platine à son état initial. En variant le motif des panneaux de verre — et si le platine est exposé sur le dessus ou dessous — ils créent une gamme de structures origami actionnées par plis montagne et vallée.

Les minuscules couches font environ 30 atomes d'épaisseur, comparé à une feuille de papier ~100 000 atomes. Les machines se plient en 100 millisecondes. Elles peuvent aussi s'aplatir et se replier des milliers de fois. Et elles n'ont besoin que d'un seul volt pour s'activer.

Perspectives futures

L'équipe travaille actuellement à intégrer les actionneurs à mémoire de forme avec des circuits pour créer des robots marcheurs avec jambes pliables ainsi que des robots feuillets avançant par ondulation. Ces innovations pourraient un jour mener à des nanorobots nettoyant infections bactériennes des tissus humains, micro-usines transformant la fabrication, et instruments chirurgicaux robotiques dix fois plus petits que les dispositifs actuels.