Une nouvelle technique d'impression 3D peut créer des « muscles magnétiques » fins comme du papier, qui peuvent être appliqués aux structures d'origami pour les faire bouger.
En infusant des élastomères de type caoutchouc avec des matériaux appelés particules ferromagnétiques, des chercheurs de l'Université d'État de Caroline du Nord ont imprimé en 3D un mince film magnétique qui peut être appliqué aux structures d'origami. Lorsqu'ils sont exposés au magnétisme, les films agissent comme des actionneurs qui font bouger le système, sans interférer avec le mouvement de la structure de l'origami.
Ce type d'aimant souple est unique par le peu d'espace qu'il occupe, a déclaré Xiaomeng Fang, professeur adjoint au Wilson College of Textiles et auteur principal d'un article sur cette technique.
« Traditionnellement, les actionneurs magnétiques utilisent le genre de petits aimants rigides que vous pourriez placer sur votre réfrigérateur. Vous placez ces aimants sur la surface du robot souple et ils le feront bouger », a-t-elle expliqué. « Grâce à cette technique, nous pouvons imprimer un film mince que nous pouvons placer directement sur les parties importantes du robot origami sans trop réduire sa surface. »
Les scientifiques ont conçu leur robot principal pour administrer des médicaments aux ulcères du corps humain, en utilisant un modèle d'origami appelé Miura-Ori. La technique permet de replier une grande surface plane en une zone beaucoup plus petite. Les « muscles » magnétiques sont attachés aux facettes de l’origami – lorsqu’ils sont exposés à un champ magnétique, ils aident l’origami à s’ouvrir et à se diriger vers l’emplacement de l’ulcère. La conception Miura-Ori est bien adaptée à l'administration de médicaments, a déclaré Fang, car elle peut être ingérée comme un petit objet puis ouverte pour administrer le médicament sur toute sa surface.
Les chercheurs ont testé le robot à l’aide d’un faux estomac constitué d’une sphère en plastique remplie d’eau tiède. En guidant le robot à travers l’estomac à l’aide du magnétisme externe, les chercheurs ont réussi à le manœuvrer jusqu’au site d’un ulcère, à le déployer dans son état déplié et à le fixer en place à l’aide de films magnétiques souples fixés à l’extérieur. Cette configuration a permis une libération contrôlée et régulière du médicament au fil du temps, pour une procédure sûre et non invasive qui permet aux patients d'effectuer leurs activités quotidiennes normalement.
Les tentatives précédentes d'utilisation de particules ferromagnétiques ont eu du mal à générer suffisamment de force pour déplacer les robots, a expliqué Fang, car ils n'étaient pas en mesure d'intégrer suffisamment de particules dans la solution de caoutchouc. L’ajout d’une grande quantité de particules rend le caoutchouc liquide noir, ce qui absorbe les UV utilisés pour solidifier la solution et l’empêche de durcir correctement. L'énergie thermique peut également aider à solidifier le caoutchouc, c'est pourquoi les chercheurs ont ajouté une plaque chauffante sous la plaque collectrice pour augmenter leur lumière UV.
L'ajout de la plaque chauffante nous a permis d'utiliser une concentration de particules ferromagnétiques beaucoup plus élevée que d'habitude, ce qui a constitué une véritable avancée. Plus vous pouvez utiliser de particules, plus vous pouvez générer de force magnétique. »
Xiaomeng Fang, professeur adjoint, Wilson College of Textiles
En utilisant un modèle d'origami Miura-Ori différent, les chercheurs ont également créé un deuxième robot conçu pour avancer. Lorsqu'ils sont placés dans un champ magnétique, les muscles placés dans des zones spécifiques du robot provoquent sa contraction, la partie avant se soulevant et la partie arrière se rapprochant. Lorsque le champ est éteint, le mouvement de retour à sa position d'origine pousse le robot vers l'avant – un seul « pas ». Ce robot origami rampant est capable de franchir des obstacles jusqu'à 7 millimètres de haut avec une vitesse réglable via l'intensité et la fréquence du champ magnétique, et de s'adapter à divers terrains, y compris le sable.
Pris ensemble, ces deux robots démontrent le potentiel important des actionneurs magnétiques doux et des structures origami en robotique, a déclaré Fang.
« Il existe de nombreux types de structures d'origami avec lesquelles ces muscles peuvent travailler, et ils peuvent aider à résoudre des problèmes dans des domaines allant de la biomédecine à l'exploration spatiale », a déclaré Fang. « Ce sera passionnant de continuer à explorer davantage d'applications pour cette technologie. »
