Des chercheurs entraînent le plastique à marcher sous la lumière

Les chercheurs en Finlande travaillent actuellement sur le développement et la « formation » de pièces de plastique pour qu’elles soient commandées par la lumière. C’est la première fois qu’un actionneur synthétique, dans ce cas un thermoplastique, est capable d’« apprendre » à effectuer une nouvelle action, dans ce cas marcher, en fonction de ses expériences passées et non de la programmation informatique.

Les plastiques dans ce projet sont faits de réseau de polymère à cristal liquide thermo-réactif et d’une couche de colorant. Ils sont des actionneurs souples capables de convertir l’énergie en mouvement mécanique. L’actionneur était à l’origine seulement capable de répondre à la chaleur, mais cela change depuis que la lumière peut être associée à la chaleur. En raison de cela, le plastique est capable de répondre à la lumière. L’actionneur est légèrement flexible et se plie de la même manière qu’un humain plie son index. Lorsque l’actionneur a de la lumière projetée sur lui et qu’il devient ainsi chauffé, il « marche » de manière similaire à un ver de terre, et il se déplace à une vitesse de 1 mm/s, soit la même vitesse qu’une limace.

Arri Priimägi est l’auteur principal de l’Université de Tampere.

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

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

Il y a également un processus de conditionnement qui associe la lumière à la chaleur, et qui consiste à laisser le colorant à la surface diffuser à travers l’actionneur, ce qui le rend bleu. L’absorption globale de lumière est augmentée, et l’effet photothermique est également augmenté. La température de l’actionneur augmente également, et il se plie lorsqu’il est irradié.

Selon Priimägi, l’équipe a été inspirée par une autre expérience bien connue.

« Cette étude que nous avons menée a été inspirée par l’expérience du chien de Pavlov », dit Priimägi.

Dans cette expérience célèbre, un chien salivait en réponse à la vue de la nourriture, et Pavlov sonnait une cloche avant de donner de la nourriture au chien. Cela a été répété plusieurs fois, et le chien a fini par associer la nourriture à la cloche et a commencé à saliver lorsqu’il entendait la cloche.

« Si vous pensez à notre système, la chaleur correspond à la nourriture, et la lumière correspond à la cloche dans l’expérience de Pavlov. »

« Beaucoup diront que nous poussons cette analogie trop loin », dit Priimägi. « Dans un certain sens, ces personnes ont raison, car par rapport aux systèmes biologiques, le matériau que nous avons étudié est très simple et limité. Mais dans les circonstances appropriées, l’analogie tient. »

L’équipe va maintenant augmenter la complexité et la contrôlabilité des systèmes, ce qui les aidera à trouver certaines limites des analogies qui peuvent être tirées des 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 leur colorant. En raison de cela, le matériau devient un micro-robot souple tunable capable d’être contrôlé à distance, ce qui est extrêmement utile pour les applications biomédicales.

« Je pense qu’il y a beaucoup d’aspects intéressants là-dedans. Ces réseaux de cristaux liquides contrôlés à distance se comportent comme de petits muscles artificiels », dit Priimägi. « J’espère et je crois qu’il y a de nombreuses façons dont ils peuvent bénéficier au domaine biomédical, ainsi qu’à d’autres domaines tels que la photonique, à l’avenir. »