Les scientifiques mettent au point un métamatériau qui peut dissiper complètement la force d’un impact et même la transformer en contre-force.

Des scientifiques de l’Université de Washington ont créé un nouveau métamatériau d’absorption des chocs qui utilise l’origami pour absorber complètement un impact dur et transformer cette force d’écrasement en une traction douce (toujours ma grande passion pour l’origami : c’est le concept d’avenir par excellence !). Les résultats ont des implications potentielles dans tous les domaines, de la livraison de colis en passant par les drones jusqu’à l’atterrissage de vaisseaux spatiaux.

Selon l’un des auteurs de la recherche, le professeur associé d’aéronautique et d’astronautique Jinkyu Yang-« si vous portiez un casque de football fait de ce matériau et que quelque chose frappait le casque, vous ne sentiriez jamais ce coup sur votre tête ». En fait, le temps que l’énergie de l’impact vous parvienne, dit-il, elle a été transformée d’une poussée écrasante à une légère traction.

Quand vous le voyez en action, il a l’air magique. L’idée d’utiliser une forme qui peut transformer les forces de poussée en forces de traction est incroyablement contre-intuitive, ce que les chercheurs reconnaissent eux-mêmes.

Le secret est la géométrie du métamatériau. « Les métamatériaux sont comme le Lego, a dit Yang dans un communiqué de presse. « Vous pouvez réaliser tous les types de structures en répétant un seul type de bloc de construction, ou cellule d’unité comme nous l’appelons. Selon la façon dont vous concevez votre cellule, vous pouvez créer un matériau aux propriétés mécaniques uniques et sans précédent. »

La recherche de l’UW – publiée aujourd’hui dans la revue Science Advances – s’est inspirée de l’origami pour créer 20 de ces cellules unitaires flexibles, en utilisant un traceur à découpe laser pour créer des modèles physiques d’une forme géométrique qu’ils ont développée en utilisant des simulations informatiques.

Ensuite, ils assemblent les segments en une longue poutrelle. Chacun des segments du métamatériau agit alors comme un « pli » qui a la capacité de ramollir un impact lorsqu’il traverse la poutrelle. En fait, au fur et à mesure que le choc avance dans chaque segment, le segment avant qu’il ne rebondisse une partie de l’énergie, tirant le segment suivant jusqu’à ce que la chaîne finisse par dissiper la force de poussée, ce qui génère une traction douce.

Les scientifiques ont ensuite testé leurs modèles informatiques initiaux avec le modèle physique en appliquant une force de compression, enregistrant le comportement à l’aide de six caméras GoPro filmant au ralenti. Et en effet, il a fonctionné exactement comme la simulation l’avait prévu, transformant les forces de compression en forces de traction.

La façon dont les cellules de l’unité se plient est cruciale, selon Yasuhiro Miyazawa, coauteur d’un projet de recherche qui termine un doctorat en aéronautique et en astronautique à l’Université de Washington : « [L’origami] adoucit la force qu’il ressent quand quelqu’un appuie dessus, et accentue la tension qui suit quand la cellule reprend sa forme normale. »

Les applications sont innombrables : « L’impact est un problème que nous rencontrons quotidiennement, et notre système offre une approche complètement nouvelle pour réduire ses effets « , a dit M. Yang.

A l’avenir, le système pourrait être utilisé pour adoucir la réception des colis livrés par des drones, si vous construisiez les segments en origami directement sur l’emballage lui-même. Le système pourrait également être utilisé dans les pare-chocs de voiture pour atténuer l’impact des accidents de voiture et, selon M. Yang, sauver des vies.

Yang fait également remarquer que vous pourriez également faire les mêmes structures à partir de matériaux composites pour une plus grande résistance et de plus grands objets. Selon l’équipe, on pourrait appliquer cette technologie aux systèmes d’atterrissage, comme ceux qui sont nécessaires pour envoyer des rovers sur Mars ou pour assurer un atterrissage en douceur des vaisseaux spatiaux SpaceX sans avoir à utiliser autant d’énergie pour le retour.

Si vous souhaitez plus d’info sur les mathématiques de l’origami, ici.

Fastcompany

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