Blocs type Lego reprogrammables : des matériaux qui imitent la flexibilité du vivant

Des ingénieurs mécaniciens de l'Université Duke ont démontré un concept préuvue de blocs de construction solides type Lego dont les propriétés mécaniques peuvent être programmées à la volée. En contrôlant la solidité de centaines de cellules individuelles selon des motifs précis, cette approche pourrait permettre à la robotique future d'altérer ses propriétés mécaniques et fonctionnalités en temps réel.

De l'impression 3D statique aux matériaux « vivants »

Les imprimantes 3D peuvent créer des matériaux aux propriétés mécaniques spécifiques, mais modifier ces propriétés nécessite une réimpression complète. L'équipe de Duke visait à créer l'équivalent de muscles humains capables de changer leur rigidité en temps réel. Chaque cellule est remplie d'un composite gallium-fer qui, à température ambiante, peut être soit solide, soit liquide. Par chauffage localisé via courant électrique, les chercheurs peuvent liquéfier n'importe quel motif de cellules — analogue à l'écriture de bits sur un disque dur.

Flexibilité 2D et reconfigurabilité 3D

En 2D, le matériau est une fine feuille programmable pour changer précisément rigidité et amortissement sans altérer sa forme ni sa géométrie. Testé intensivement, il imite une vaste gamme de matériaux souples commerciaux (plastiques, caoutchoucs). En 3D, des blocs type Lego (cubes de 27 cellules chacun) peuvent être assemblés et désassemblés en toute configuration. Chaque cellule peut être liquéfiée par chaleur localisée. Un refroidissement à 0 °C réinitialise toutes les cellules à l'état solide, permettant une reprogrammation infinie.

Démonstration : queue robotique programmable

Les chercheurs ont assemblé 10 cubes en colonne pour créer une queue programmable, l'ont fixée sur un poisson robotique avec un moteur simple, et testé différentes configurations de cellules solides. La même queue avec différents arrangements produisait des trajectoires de nage radicalement différentes — prouvant que les propriétés mécaniques programmables se traduisent directement en comportements fonctionnels distincts.

Applications futures : médicales et micro-électroniques

L'équipe envisage d'utiliser différents métaux pour créer divers points de fusion/congélation, permettant une utilisation dans le corps humain. La miniaturisation pourrait permettre d'opérer dans les vaisseaux sanguins (stent adaptatif) ou dans des systèmes électroniques délicats. L'objectif final : construire des systèmes plus grands avec ces matériaux composites pour une robotique flexible et programmable capable d'accomplir une grande variété de tâches dans divers environnements.

Pour plus d'informations, contacter le Professeur Xiaoyue Ni à l'Université Duke.