Les matériaux capables de s’auto-réparer constituent un domaine de recherche particulièrement prometteur, ouvrant la voie à des peintures automobiles résistantes aux rayures, et des vaisseaux spatiaux capables de colmater d’éventuelles fuites. Inspirés du calamar, ces actionneurs robotiques réalisent ce tour de force en une seconde seulement.
Des pièces mobiles inspirées des dents du calamar
Présenté dans la revue Nature Materials, ce matériau innovant a été développé par des chercheurs de la Penn State University et de l’Institut Max Planck, dans le cadre de recherches explorant des solutions plus durables et fiables pour les actionneurs robotiques souples. Ces pièces mobiles étant soumises à des contraintes répétées entraînant leur usure, les chercheurs ont donc entrepris de mettre au point une solution innovante qui serait capable d’assurer elle-même certaines réparations.
Les chercheurs se sont notamment intéressés aux anneaux pourvus de petites dents que les calamars utilisent pour agripper leurs proies, présentant la particularité de comporter des protéines mêlant éléments souples et durs, qui permettent aux dents de se reformer lorsque celles-ci sont endommagées ou brisées. Les parties molles facilitant la fusion des protéines endommagées, et les parties rigides offrant l’intégrité structurelle nécessaire pour qu’elles restent solides.
En manipulant les séquences répétitives composant ces protéines particulières dans un bioréacteur bactérien, l’équipe a pu créer des versions synthétiques dotées des mêmes ensembles répétés d’acides aminés. À l’instar des dents de calamar, à partir desquelles il a été modelé, ce polymère est capable de s’auto-réparer via l’application d’eau et de chaleur, et ce, en un temps record.
« Nous avons réussi à réduire à une seconde la période de régénération typique de 24 heures, de sorte que nos robots mous basés sur ce type de protéines peuvent maintenant se réparer instantanément », explique Abdon Pena-Francesch, auteur principal de l’étude. « La guérison et la cicatrisation prennent généralement beaucoup de temps. À cet égard, notre technologie surpasse la nature. »
Une capacité de régénération impressionnante laissant entrevoir de nombreuses applications
Selon l’équipe, même lorsque le matériau est sectionné en deux parties (voir vidéo ci-dessus), il peut se régénérer et retrouver 100 % de sa résistance initiale. Celui-ci s’avère par ailleurs entièrement biodégradable et peut également être recyclé pour former un nouveau polymère présentant la même composition que l’original, contrairement à de nombreux matériaux similaires à base de pétrole, devant être transformés en quelque chose d’entièrement différent.
« Tôt ou tard, nous allons manquer de pétrole, qui se révèle très polluant et participe au réchauffement climatique », explique Melik Demirel, auteur principal de l’étude. « Nous ne pouvons pas rivaliser avec les plastiques très bon marché. La seule façon d’être compétitif est de proposer une caractéristique que les polymères à base de pétrole ne peuvent pas offrir, via l’auto-régénération. »
En plus de la robotique molle, les chercheurs estiment que ce matériau pourrait également trouver un large éventail d’applications, allant des combinaisons Hazmat (protégeant leur porteur de matières dangereuses), dont les dommages doivent être réparés rapidement, aux respirateurs.
« L’auto-régénération rapide et puissante de ces protéines synthétiques démontre également le potentiel certain de ce type de nouveaux matériaux pour de futures applications militaires, comme des équipements de protection individuelle ou des robots flexibles qui pourraient évoluer dans des espaces extrêmement réduits », concluent les auteurs de l’étude.
