Ce nanomatériau imite les propriétés de la peau du caméléon

Composé de nanoparticules d’or, cet étonnant film polymère développé par des chercheurs américains change de couleur en réponse à tout type de mouvement. Une caractéristique inédite qui pourrait permettre aux robots d’imiter les caméléons et les pieuvres, entre autres applications futuristes.

De l’or réduit en barres de quelques nanomètres

Décrit dans la revue Nature Communications, ce nouveau nanomatériau peut non seulement être imprimé et programmé pour afficher des motifs complexes et difficiles à reproduire, mais également répondre à la flexion ou la torsion, contrairement aux autres structures tentant de recréer les propriétés du camouflage dont disposent certaines espèces animales. Une particularité laissant entrevoir la possibilité d’explorer des environnements dangereux ou inaccessibles pour les humains avec des robots, dont l’apparence renseignerait les chercheurs sur les conditions y régnant.

On pourrait par exemple imaginer des dispositifs explorant des crevasses sous-marines dont les changements de couleur renseigneraient les scientifiques sur les pressions auxquelles sont soumises les créatures y vivant.

Comme leur nom l’indique, les nanomatériaux sont des matériaux ayant été réduits à une échelle infime : généralement quelques dizaines de nanomètres, soit environ la taille d’un virus. Et il s’avère que lorsque des matériaux comme l’argent ou l’or subissent un tel processus, leur couleur change en fonction de leur taille, de leur forme, et de la direction dans laquelle ils sont orientés.

« Dans notre cas, nous avons réduit de l’or en barres de quelques nanomètres. Nous savions que si nous pouvions orienter ces tiges dans une direction particulière, nous pourrions contrôler leur couleur », explique Yadong Yin, auteur principal de l’étude. « Sous un certain angle, elles peuvent apparaître rouges. Déplacez-les de 45 degrés, et elles deviennent vertes. »

Démonstration d’un film conçu par les chercheurs de l’UC Riverside dans diverses conditions physiques et d’éclairage – © UCR / Yadong Yin / Nature Creative Commons

Les applications de cette technologie seraient potentiellement infinies

Pour l’équipe, le principal défi a consisté à savoir comment manipuler des millions de nanoparticules d’or flottant dans une solution liquide et les faire toutes pointer dans une même direction afin qu’elles affichent une couleur uniforme. Pour ce faire, ceux-ci ont associé des nanotiges magnétiques de taille plus petite aux nanotiges d’or, qui ont ensuite été encapsulées dans une enveloppe en polymère, afin qu’elles restent accolées. De cette façon, les chercheurs pouvaient contrôler leur orientation avec des aimants.

« Lorsque vous tenez un aimant au-dessus d’une pile d’aiguilles, elles pointent toutes dans la même direction. C’est comme cela que nous contrôlons la couleur », explique Yin. « Une fois les nanotiges placées dans un film en polymère, leur orientation est fixée et elles ne répondent plus aux aimants. Mais, si le film est flexible, des couleurs différentes sont affichées en fonction de l’angle de flexion ou de torsion. »

Bien que d’autres matériaux s’appuient sur la structure des ailes des papillons, dont la couleur varie en fonction de l’angle de vision, ceux-ci reposent sur des microstructures ordonnées avec précision, qui s’avèrent difficiles à reproduire et coûteuses à mettre en œuvre pour de grandes surfaces. Mais grâce à ce nouveau film polymère, il est désormais possible de recouvrir la surface d’un objet de n’importe quelle taille très facilement.

Bien que la robotique représente le domaine d’application ultime pour ce dispositif, il peut être utilisé de bien d’autres façons. Selon les auteurs de l’étude, il pourrait notamment être utilisé comme moyen d’authentification en étant intégré à des chèques ou à de l’argent liquide. Sous un éclairage normal, le film paraitrait gris, mais vu à travers des lentilles polarisées, celui-ci afficherait des motifs élaborés, tandis que ses couleurs changeraient en fonction de l’angle de torsion.

Pour Li, cette approche pourrait également trouver des applications dans un nombre potentiellement infini de domaines. « Les artistes pourraient utiliser cette technologie pour créer des peintures fascinantes, se révélant très différentes en fonction de l’angle sous lequel elles seraient vues. Il serait merveilleux de voir comment la science et la beauté de l’art pourraient être combinées », conclut le chercheur.