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Un nouveau composé magnétique permet de changer de forme en réponse au champ magnétique

Une équipe de chercheurs du Georgia Institute of Technology et de l’Ohio State University a mis au point un matériau polymère doux, appelé polymère à mémoire de forme magnétique, qui utilise les champs magnétiques pour se transformer en une variété de formes. Ce matériau pourrait permettre toute une gamme de nouvelles applications, allant des antennes qui changent de fréquence à la volée aux bras de préhension d’objets délicats ou lourds.

Le matériau est un mélange de trois ingrédients différents, tous dotés de caractéristiques uniques : deux types de particules magnétiques, l’un pour la chaleur inductive et l’autre pour la forte attraction magnétique, et des polymères à mémoire de forme pour aider à verrouiller les divers changements de forme en place.

” C’est le premier matériau qui combine les forces de tous ces composants individuels en un seul système capable de changements de forme rapides et reprogrammables qui sont verrouillables et réversibles “, a déclaré Jerry Qi, professeur à la George W. Woodruff School of Mechanical Engineering de Georgia Tech.

Cette recherche, dont les résultats ont été publiés le 9 décembre dans la revue Advanced Materials, a été parrainée par la National Foundation of Science, le Bureau de la recherche scientifique de l’armée de l’air et le ministère de l’énergie.

Pour fabriquer le matériau, les chercheurs ont commencé par distribuer des particules de néodyme, de fer et de bore (NdFeB) et d’oxyde de fer dans un mélange de polymères à mémoire de forme. Une fois les particules entièrement incorporées, les chercheurs ont ensuite moulé ce mélange en divers objets conçus pour évaluer le rendement du matériau dans une série d’applications.

Par exemple, l’équipe a fabriqué une griffe de préhension à partir d’un moule en forme de T du mélange de polymères à mémoire de forme magnétique. L’application d’un champ magnétique oscillant à haute fréquence sur l’objet a fait chauffer les particules d’oxyde de fer par induction et a réchauffé toute la pince. Cette élévation de température, à son tour, a provoqué le ramollissement et la flexibilité de la matrice de polymère à mémoire de forme. Un deuxième champ magnétique a ensuite été appliqué à la pince, provoquant l’ouverture et la fermeture de ses griffes. Une fois que les polymères à mémoire de forme ont refroidi, ils restent verrouillés dans cette position.

Le processus de changement de forme ne prend que quelques secondes du début à la fin, et la résistance du matériau à l’état verrouillé a permis à la pince de soulever des objets jusqu’à 1 000 fois son propre poids.

” Nous envisageons que ce matériau soit utile dans les situations où un bras robotique aurait besoin de soulever un objet très délicat sans l’endommager, comme dans l’industrie alimentaire ou pour des applications chimiques ou biomédicales “, a déclaré M. Qi.

Le nouveau matériau s’appuie sur des recherches antérieures qui ont permis de mettre en évidence les mécanismes d’actionnement de la robotique douce et des matériaux actifs et d’évaluer les limites des technologies actuelles.

” Le degré de liberté est limité dans la robotique classique “, a déclaré Ruike (Renee) Zhao, professeur adjoint au département de génie mécanique et aérospatial de l’État de l’Ohio. “Avec les matériaux souples, ce degré de liberté est illimité.”

Les chercheurs ont également testé d’autres applications, où des objets en forme de bobine fabriqués à partir du nouveau matériau se dilatent et se rétractent – simulant ainsi comment une antenne pourrait potentiellement changer de fréquence lorsqu’elle est actionnée par les champs magnétiques.

” Ce processus nous oblige à utiliser les champs magnétiques uniquement pendant la phase d’activation “, a déclaré M. Zhao. “Ainsi, une fois qu’un objet a atteint sa nouvelle forme, il peut y être verrouillé sans consommer constamment de l’énergie.”