Des chercheurs de l’EPFL impriment en 3D des dispositifs flexibles sans joints mécaniques

Restez au courant de tout ce qui se passe dans le monde merveilleux de la FA via notre LinkedIn communauté.

Selon l’EPFLles chercheurs ciblent la prochaine génération d’actionneurs souples et de robots avec une encre à base d’élastomère pour l’impression 3D d’objets dont les propriétés mécaniques changent localement, éliminant ainsi le besoin de joints mécaniques encombrants.

Pour les ingénieurs travaillant sur la robotique douce ou les appareils portables, garder les choses légères est un défi constant : les matériaux plus lourds nécessitent plus d’énergie pour se déplacer et – dans le cas des appareils portables ou des prothèses – provoquent un inconfort. Les élastomères sont des polymères synthétiques qui peuvent être fabriqués avec une gamme de propriétés mécaniques, de rigide à extensible, ce qui en fait un matériau populaire pour de telles applications. Mais fabriquer des élastomères pouvant être façonnés en structures 3D complexes allant du rigide au caoutchouteux était jusqu’à présent irréalisable.

« Les élastomères sont généralement moulés de manière à ce que leur composition ne puisse pas être modifiée dans les trois dimensions sur de courtes échelles. Pour surmonter ce problème, nous avons développé des DNGE : des élastomères granulaires à double réseau imprimables en 3D qui peuvent faire varier leurs propriétés mécaniques à un degré sans précédent », a déclaré Esther Amstad, responsable du Laboratoire des matériaux souples de la Faculté d’ingénierie de l’EPFL.

Source : EPFL.

Eva Baur, doctorante au laboratoire d’Amstad, a utilisé des DNGE pour imprimer un prototype de « doigt » – doté d’« os » rigides entourés d’une « chair » flexible. Le doigt a été imprimé pour se déformer d’une manière prédéfinie, démontrant le potentiel de la technologie pour fabriquer des dispositifs suffisamment souples pour se plier et s’étirer, tout en restant suffisamment fermes pour manipuler des objets.

Grâce à ces avantages, les chercheurs pensent que les DNGE pourraient faciliter la conception d’actionneurs, de capteurs et d’appareils portables souples exempts de joints mécaniques lourds et encombrants. La recherche a été publié dans la revue Advanced Materials.

Deux fois plus polyvalent

La clé de la polyvalence des DNGE réside dans l’ingénierie de deux réseaux élastomères. Premièrement, des microparticules d’élastomère sont produites à partir de gouttes d’émulsion huile dans eau. Ces microparticules sont placées dans une solution précurseur, où elles absorbent les composés élastomères et gonflent. Les microparticules gonflées sont ensuite utilisées pour fabriquer une encre imprimable en 3D, qui est chargée dans une bio-imprimante pour créer la structure souhaitée. Le précurseur est polymérisé au sein de la structure imprimée en 3D, créant ainsi un deuxième réseau élastomère qui rigidifie l’ensemble de l’objet.

Source : EPFL.

Alors que la composition du premier réseau détermine la rigidité de la structure, le second détermine sa ténacité, ce qui signifie que les deux réseaux peuvent être ajustés indépendamment pour obtenir une combinaison de rigidité, de ténacité et de résistance à la fatigue. L’utilisation d’élastomères plutôt que d’hydrogels – le matériau utilisé dans les approches de pointe – présente l’avantage supplémentaire de créer des structures sans eau, ce qui les rend plus stables dans le temps. Les DNGE peuvent également être imprimés à l’aide d’imprimantes 3D disponibles dans le commerce.

“La beauté de notre approche est que toute personne disposant d’une bio-imprimante standard peut l’utiliser”, a déclaré Amstad.

Une application potentielle passionnante des DNGE concerne les dispositifs de rééducation guidée par le mouvement, où la capacité de soutenir le mouvement dans une direction tout en le limitant dans une autre pourrait être très utile. Le développement ultérieur de la technologie DNGE pourrait aboutir à des prothèses, voire à des guides de mouvement pour assister les chirurgiens. La détection de mouvements à distance, par exemple dans le cadre de la récolte assistée par robot ou de l’exploration sous-marine, est un autre domaine d’application.

Selon Amstad, le Soft Materials Lab travaille déjà sur les prochaines étapes vers le développement de telles applications en intégrant des éléments actifs – tels que des matériaux réactifs et des connexions électriques – dans les structures DNGE.

2024-04-22 04:04:24
1713749126


#Des #chercheurs #lEPFL #impriment #des #dispositifs #flexibles #sans #joints #mécaniques