🧩 Des blocs de construction polyvalents permettent de réaliser des structures aux propriétés mécaniques surprenantes

« Les sous-ensembles pourraient être assemblés de manière robotisée pour produire des objets complexes et de grande taille, comme des voitures, des robots ou des pales d’éoliennes. »

 

Les chercheurs du Center for Bits and Atoms du MIT ont créé de minuscules blocs de construction qui présentent une variété de propriétés mécaniques uniques, comme la capacité de produire un mouvement de torsion lorsqu’on les presse. Ces sous-unités pourraient potentiellement être assemblées par de minuscules robots en une variété presque illimitée d’objets ayant une fonctionnalité intégrée, y compris des véhicules, de grandes pièces industrielles ou des robots spécialisés qui peuvent être réassemblés à plusieurs reprises sous différentes formes.

Les chercheurs ont créé quatre types différents de ces sous-unités, appelés voxels (une variation 3D sur les pixels d’une image 2D). Chaque type de voxel présente des propriétés spéciales que l’on ne trouve pas dans les matériaux naturels typiques et, en combinaison, ils peuvent être utilisés pour fabriquer des dispositifs qui répondent aux stimuli environnementaux de manière prévisible. On peut citer comme exemple les ailes d’avion ou les pales de turbine qui réagissent aux variations de la pression atmosphérique ou de la vitesse du vent en changeant leur forme générale.

Les résultats, qui détaillent la création d’une famille de « métamatériaux mécaniques » discrets, sont décrits dans un article publié aujourd’hui dans la revue Science Advances, rédigé par Benjamin Jenett, PhD ’20, récent diplômé du MIT, le professeur Neil Gershenfeld, et quatre autres personnes.

« Cette remarquable, fondamentale et belle synthèse promet de révolutionner le coût, l’adaptabilité et l’efficacité fonctionnelle des structures ultralégères et peu coûteuses en matériaux », déclare Amory Lovins, professeur adjoint d’ingénierie civile et environnementale à l’université de Stanford et fondateur du Rocky Mountain Institute, qui n’était pas associé à ces travaux.

Les métamatériaux doivent leur nom au fait que leurs propriétés à grande échelle sont différentes des propriétés à micro-échelle des matériaux qui les composent. Ils sont utilisés en électromagnétique et comme matériaux « architecturés », qui sont conçus au niveau de leur microstructure. « Mais on n’a pas fait grand-chose pour créer des propriétés mécaniques macroscopiques en tant que métamatériau », explique M. Gershenfeld.

Avec cette approche, les ingénieurs devraient pouvoir construire des structures intégrant un large éventail de propriétés des matériaux – et les produire toutes en utilisant les mêmes processus de production et d’assemblage partagés, explique M. Gershenfeld.

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Enfin, les voxels « chiraux » répondent à la compression ou à l’étirement axial par un mouvement de torsion. Là encore, il s’agit d’une propriété peu commune ; les recherches qui ont permis de produire un tel matériau grâce à des techniques de fabrication complexes ont été saluées l’année dernière comme une découverte importante. Ce travail rend cette propriété facilement accessible à l’échelle macroscopique.

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