S’inspirant de la structure des cottes de mailles, des chercheurs ont conçu un matériau souple capable de se rigidifier à la demande grâce à des particules imbriquées soigneusement agencées.
Une « maille structurée pouvant être portée »
Décrite dans la revue Nature, cette « maille structurée pouvant être portée » a été conçue par des chercheurs de la Nanyang Technological University de Singapour et de Caltech, aux États-Unis. D’un point de vue physique, la transition est rendue possible par le même principe faisant que le riz ou les haricots conditionnés sous vide se raidissent lorsqu’ils sont comprimés, ce qui laisse peu d’espace aux particules pour se déplacer. L’équipe explique avoir eu cette idée suite au visionnage du film Batman Begins, dans lequel la cape du Chevalier noir se rigidifie à la demande et lui permet de planer.
Afin d’obtenir un effet similaire dans la réalité, les scientifiques ont étudié différents types d’imbrications de particules creuses structurées.
« Inspirés par les anciennes armures en cotte de mailles, nous avons utilisé des particules creuses en plastique, imbriquées pour améliorer la rigidité de nos matériaux modulables », explique le professeur Wang Yifan, co-auteur de l’étude. « Nous travaillons actuellement sur des mailles fabriquées à partir de divers métaux, dont l’aluminium, qui pourraient être utilisées à plus grande échelle, notamment pour la conception de ponts ou de bâtiments, devant supporter des charges beaucoup plus importantes. »
Des propriétés impressionnantes
Les particules en forme d’octaèdre ont été imprimées en 3D avec des fibres en nylon, selon un arrangement semblable à celui d’une cotte de mailles ayant ensuite été encapsulé dans une enveloppe en plastique et comprimé à l’aide d’un système de vide. Cette opération a permis d’augmenter la densité de l’emballage, en attirant les particules soigneusement élaborées et en augmentant leurs points de contact, ce qui a permis d’obtenir une structure 25 fois plus rigide.
Manipulé pour former une structure plate semblable à une table, le matériau a été capable de supporter des charges de 1,5 kg, soit 50 fois son propre poids. Dans un autre test, une petite bille d’acier a été lâchée sur celui-ci, entraînant une déformation de 26 mm lorsqu’il était détendu contre 3 mm pour sa forme rigide.
Les scientifiques ont ensuite imprimé une version du matériau en aluminium, présentant la même souplesse et la même flexibilité que sa contrepartie en nylon, mais une rigidité bien supérieure, en raison des propriétés du métal.
Un vaste éventail d’applications
Alors qu’une enveloppe en plastique était utilisée pour encapsuler la version en nylon, l’équipe imagine que les versions métalliques pourraient être encapsulées avec du Kevlar afin de former une matière protectrice pour les gilets pare-balles. Parmi les autres applications potentielles de l’une ou l’autre version, les chercheurs évoquent les exosquelettes, les plâtres adaptables, dont la rigidité évolue au fil de la guérison du patient, ou même les ponts pouvant être déployés et rigidifiés à la demande.
L’équipe s’efforce actuellement d’améliorer les performances du matériau et étudie de nouvelles façons de le rigidifier, notamment via le magnétisme, ainsi que les variations de température et de tension électrique.
Ces derniers mois, différentes équipes ont dévoilé des matériaux aux propriétés étonnantes, capables de convertir la chaleur en électricité, surpassant le Kevlar, ou s’avérant extrêmement stables thermiquement.
