Un nouveau muscle artificiel en polymère peut se contracter avec force lorsqu'il atteint environ 42 °C, une température proche de celle du corps humain.
Ce matériau a été conçu par des chercheurs de l'Université Donghua, à Shanghai, avec un scientifique du Forschungszentrum Jülich, en Allemagne. Il appartient à la famille des polymères à mémoire de forme. Ces matériaux peuvent changer de forme sous l'effet d'un stimulus, puis retrouver une configuration déterminée. Ici, les chercheurs utilisent à la fois la chaleur et l'eau pour contrôler le mouvement.
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Pour comprendre son fonctionnement, il faut regarder la structure du matériau à très petite échelle. Les chercheurs ont associé de longues chaînes d'acide polyacrylique à un composé appelé tensioactif. Certaines zones attirent l'eau, alors que d'autres réagissent surtout à la température.
La chaleur agit comme un interrupteur. Le tensioactif change d'organisation autour de 42 °C, ce qui déclenche le mouvement du polymère. Cette température reste modérée pour un matériau actionné thermiquement. Elle permet donc d'obtenir une contraction sans devoir chauffer le dispositif à des températures beaucoup plus élevées.
Les mesures donnent une idée de la force obtenue. Lorsque le matériau est empêché de bouger, il peut exercer une contrainte atteignant 6,4 mégapascals. Cette valeur mesure la force rapportée à la surface du matériau. Sans charge, sa longueur peut varier jusqu'à 79 %. Ces performances ont été mesurées lors d'un chauffage autour de 42 °C.
Autrement dit, le même matériau peut produire une force importante ou un déplacement marqué, selon la manière dont il est utilisé. Les chercheurs rapportent aussi des mouvements cycliques réversibles sans appliquer de force extérieure pour réinitialiser le système. Un muscle artificiel doit justement pouvoir répéter ses contractions pour devenir utile dans une machine.
Ce type de matériau intéresse notamment la robotique souple. Les robots classiques utilisent souvent des moteurs et des mécanismes rigides pour créer un mouvement. Un polymère capable de se contracter directement peut permettre des dispositifs plus souples, notamment pour des pinces, des systèmes portables ou certaines machines inspirées du corps humain. L'étude porte toutefois sur un matériau expérimental, pas sur un appareil prêt à être commercialisé.
Les chercheurs disposent maintenant d'une méthode pour ajuster séparément la force et l'amplitude du mouvement grâce à l'organisation interne du polymère. Cette approche pourra servir à concevoir d'autres actionneurs souples adaptés à des usages précis. Il reste notamment à déterminer comment ces matériaux se comportent sur de longues durées et dans des dispositifs complets.