Des chercheurs forment le plastique à marcher sous la lumière

Des chercheurs finlandais travaillent actuellement au développement et à la «formation» de pièces de plastique commandées par la lumière. C'est la première fois qu'un actionneur synthétique, en l'occurrence thermoplastique, est capable « d'apprendre » à faire une nouvelle action, en l'occurrence la marche, en se basant sur ses expériences passées et non sur une programmation informatique.

Les plastiques de ce projet sont fabriqués à partir d'un réseau de polymères à cristaux liquides thermosensibles et d'une couche de colorant. Ce sont des actionneurs souples capables de convertir l'énergie en mouvement mécanique. L'actionneur n'était au début capable de réagir qu'à la chaleur, mais cela est en train de changer puisque la lumière peut être associée à la chaleur. Pour cette raison, le plastique est capable de réagir à la lumière. L'actionneur est quelque peu flexible et se plie de la même manière qu'un humain plie son index. Lorsque de la lumière est projetée sur l'actionneur et qu'il s'échauffe, il « marche » comme une chenille et se déplace à une vitesse de 1 mm/s, soit la même vitesse qu'un escargot. 

Arri Priimägi est un auteur principal de l'Université de Tampere.

"Notre recherche pose essentiellement la question de savoir si un matériau inanimé peut en quelque sorte apprendre dans un sens très simpliste", dit-il. « Mon collègue, le professeur Olli Ikkala de l'Université d'Aalto, a posé la question : les matériaux peuvent-ils apprendre, et qu'est-ce que cela signifie si les matériaux apprenaient ? Nous avons ensuite uni nos forces dans cette recherche pour créer des robots qui apprendraient en quelque sorte de nouvelles astuces. 

Les autres membres de l'équipe de recherche comprennent les chercheurs postdoctoraux Hao Zeng, de l'Université de Tampere, et Hang Zhang, de l'Université Aalto. 

Il existe également un processus de conditionnement qui associe la lumière à la chaleur, et qui consiste à permettre au colorant de la surface de se diffuser dans tout l'actionneur, ce qui le rend bleu. L'absorption globale de la lumière est augmentée et l'effet photothermique est également augmenté. La température de l'actionneur augmente également, puis il se plie lors de l'irradiation. 

Selon Priimägi, l'équipe s'est inspirée d'une autre expérience bien connue. 

"Cette étude que nous avons faite a été inspirée par l'expérience du chien de Pavlov", explique Priimägi.

Dans cette célèbre expérience, un chien a salivé en voyant de la nourriture, et Pavlov a ensuite sonné la cloche avant de donner de la nourriture au chien. Cela a été répété plusieurs fois, et le chien a finalement associé la nourriture à la cloche et a commencé à saliver une fois qu'il a entendu la cloche. 

"Si vous pensez à notre système, la chaleur correspond à la nourriture et la lumière correspondrait à la cloche dans l'expérience de Pavlov."

"Beaucoup diront que nous poussons cette analogie trop loin", déclare Priimägi. « Dans un certain sens, ces gens ont raison car comparé aux systèmes biologiques, le matériel que nous avons étudié est très simple et limité. Mais dans les bonnes circonstances, l'analogie tient.

L'équipe va maintenant augmenter la complexité et la contrôlabilité des systèmes, ce qui permettra de trouver certaines limites aux analogies que l'on peut établir avec les systèmes biologiques. 

"Nous visons à poser des questions qui nous permettent peut-être de regarder les matériaux inanimés sous un nouveau jour."

Les systèmes peuvent faire plus que simplement marcher. Ils sont capables de "reconnaître" et de répondre à différentes longueurs d'onde de lumière qui correspondent au revêtement de son colorant. De ce fait, le matériau devient un micro-robot souple accordable pouvant être contrôlé à distance, ce qui est extrêmement utile pour les applications biomédicales. 

"Je pense qu'il y a beaucoup d'aspects sympas là-bas. Ces réseaux de cristaux liquides contrôlés à distance se comportent comme de petits muscles artificiels », explique Priimägi. "J'espère et je crois qu'il existe de nombreuses façons de profiter au domaine biomédical, entre autres domaines tels que la photonique, à l'avenir."