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Jul 16, 2023

Ces formes

Cette figurine aux allures de Lego s'est évadée de la prison à la manière de Terminator 2 grâce à un nouveau

Cette figurine aux allures de Lego s'est évadée de la prison à la manière de Terminator 2 grâce à un nouveau composite de gallium et de particules magnétiques, qui se liquéfie en présence d'un champ magnétique changeant et se déplace sous la direction d'un aimant permanent.

Q. Wang et al/Matter 2023 (CC BY-SA)

Par McKenzie Prillaman

25 janvier 2023 à 11h55

Les robots en métal liquide qui changent de forme ne sont peut-être plus limités à la science-fiction.

Les machines miniatures peuvent passer du solide au liquide et inversement pour se faufiler dans des espaces restreints et effectuer des tâches comme souder une carte de circuit imprimé, rapportent des chercheurs le 25 janvier dans Matter.

Cette propriété de déphasage, contrôlable à distance avec un champ magnétique, est due au métal gallium. Les chercheurs ont intégré le métal avec des particules magnétiques pour diriger les mouvements du métal avec des aimants. Ce nouveau matériau pourrait aider les scientifiques à développer des robots souples et flexibles capables de se faufiler dans des passages étroits et d'être guidés de l'extérieur.

Les scientifiques développent depuis des années des robots mous à commande magnétique. La plupart des matériaux existants pour ces robots sont constitués soit de matériaux extensibles mais solides, qui ne peuvent pas traverser les espaces les plus étroits, soit de liquides magnétiques, qui sont fluides mais incapables de transporter des objets lourds (SN : 18/07/19).

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont mélangé les deux approches après s'être inspirés de la nature (SN : 3/3/21). Les concombres de mer, par exemple, "peuvent modifier leur rigidité très rapidement et de manière réversible", explique l'ingénieur en mécanique Carmel Majidi de l'Université Carnegie Mellon de Pittsburgh. "Le défi pour nous, en tant qu'ingénieurs, est d'imiter cela dans les systèmes de matériaux souples."

L'équipe s'est donc tournée vers le gallium, un métal qui fond à environ 30° Celsius, soit légèrement au-dessus de la température ambiante. Plutôt que de connecter un radiateur à un morceau de métal pour changer son état, les chercheurs l'exposent à un champ magnétique changeant rapidement pour le liquéfier. Le champ magnétique alternatif génère de l'électricité dans le gallium, le faisant chauffer et fondre. Le matériau se resolidifie lorsqu'il est laissé refroidir à température ambiante.

Étant donné que des particules magnétiques sont saupoudrées dans tout le gallium, un aimant permanent peut le traîner. Sous forme solide, un aimant peut déplacer la matière à une vitesse d'environ 1,5 mètre par seconde. Le gallium amélioré peut également supporter environ 10 000 fois son poids.

Les aimants externes peuvent toujours manipuler la forme liquide, la faisant s'étirer, se diviser et fusionner. Mais contrôler le mouvement du fluide est plus difficile, car les particules du gallium peuvent tourner librement et avoir des pôles magnétiques non alignés en raison de la fusion. En raison de leurs diverses orientations, les particules se déplacent dans des directions différentes en réponse à un aimant.

Majidi et ses collègues ont testé leur stratégie dans de minuscules machines qui effectuaient différentes tâches. Dans une démonstration tout droit sortie du film Terminator 2, une personne jouet s'est échappée d'une cellule de prison en fondant à travers les barreaux et en se resolidifiant dans sa forme originale à l'aide d'un moule placé juste à l'extérieur des barreaux.

Du côté plus pratique, une machine a retiré une petite boule d'un modèle d'estomac humain en la faisant légèrement fondre pour s'enrouler autour de l'objet étranger avant de sortir de l'organe. Mais le gallium à lui seul deviendrait gluant à l'intérieur d'un vrai corps humain, car le métal est un liquide à la température du corps, environ 37°C. Quelques métaux supplémentaires, tels que le bismuth et l'étain, seraient ajoutés au gallium dans des applications biomédicales pour élever le point de fusion du matériau, selon les auteurs. Dans une autre démonstration, le matériau s'est liquéfié et durci pour souder une carte de circuit imprimé.

Bien que ce matériau à déphasage soit un grand pas en avant dans le domaine, des questions subsistent quant à ses applications biomédicales, explique l'ingénieur biomédical Amir Jafari de l'Université du nord du Texas à Denton, qui n'a pas participé aux travaux. Un grand défi, dit-il, est de contrôler avec précision les forces magnétiques à l'intérieur du corps humain qui sont générées à partir d'un appareil externe.

"C'est un outil convaincant", déclare l'ingénieur en robotique Nicholas Bira de l'Université de Harvard, qui n'a pas non plus participé à l'étude. Mais, ajoute-t-il, les scientifiques qui étudient la robotique douce créent constamment de nouveaux matériaux.

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"La véritable innovation à venir réside dans l'association de ces différents matériaux innovants."

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Une version de cet article paraît dans le numéro du 25 février 2023 de Science News.

Q.Wang et al. Matière de transition de phase liquide-solide magnétoactive. Matière. Publié en ligne le 25 janvier 2023. doi : 10.1016/j.matt.2022.12.003

McKenzie Prillaman est le stagiaire en rédaction scientifique du printemps 2023 à Science News. Elle est titulaire d'un baccalauréat en neurosciences avec une mineure en bioéthique de l'Université de Virginie et d'une maîtrise en communication scientifique de l'Université de Californie à Santa Cruz.

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