Préparez-vous à des chemises musclées qui bougent

Le textile intelligent de l’équipe de l’UNSW (Université des Nouvelles Galles du Sud en Australie) permet de reconfigurer le tissu pour produire des structures qui se transforment, comme ce papillon et cette fleur, qui peuvent se déplacer grâce à l’hydraulique.

Les progrès récents de la robotique souple ont ouvert la voie à la construction de fibres et de textiles intelligents offrant diverses possibilités mécaniques, thérapeutiques et vestimentaires. Ces tissus, lorsqu’ils sont programmés pour se dilater ou se contracter sous l’effet de stimuli thermiques, électriques, fluides ou autres, peuvent produire un mouvement, une déformation ou une force pour différentes fonctions.

Des ingénieurs de l’université de Nouvelle-Galles du Sud (UNSW), à Sydney (Australie), ont mis au point une nouvelle catégorie de textiles intelligents alimentés par des fluides et capables de se transformer en structures 3D. Malgré les progrès récents dans le développement de textiles actifs, « ils sont soit limités par des temps de réponse lents en raison de la nécessité de chauffer et de refroidir, soit difficiles à tricoter, à tresser ou à tisser dans le cas des textiles fluidiques », explique Thanh Nho Do, maître de conférences à la Graduate School of Biomedical Engineering de l’UNSW, qui a dirigé l’étude.

Pour surmonter ces inconvénients, l’équipe de l’UNSW a fait la démonstration d’un concept de muscles artificiels miniatures à réponse rapide, constitués de longs tubes de silicone remplis de fluide et pouvant être manipulés par pression hydraulique. Le tube de silicone est entouré d’une bobine hélicoïdale extérieure qui sert de couche de contrainte et l’empêche de se dilater comme un ballon.

En raison de la contrainte de la couche extérieure, seule l’élongation axiale est possible, ce qui donne au muscle la capacité de se dilater sous une pression hydraulique accrue ou de se contracter lorsque la pression diminue. Grâce à ce mécanisme, ils peuvent programmer une large gamme de mouvements en modifiant la pression hydraulique.

« L’une des caractéristiques uniques de nos muscles souples par rapport aux autres est que nous pouvons régler la force qu’ils génèrent en faisant varier le taux d’étirement du tube de silicone interne au moment de leur fabrication, ce qui leur confère une grande flexibilité pour des applications spécifiques », explique Thanh Nho Do.

Les chercheurs ont utilisé une technique de fabrication simple et peu coûteuse, dans laquelle un tube de silicone long et fin est directement inséré dans une microbobine creuse pour produire les muscles artificiels, dont le diamètre varie de quelques centaines de micromètres à plusieurs millimètres. « Grâce à cette méthode, nous pourrions produire en masse des muscles artificiels souples à n’importe quelle échelle et à n’importe quelle taille : le diamètre pourrait être de 0,5 millimètre et la longueur d’au moins 5 mètres », précisé Thanh Nho.

La structure du filament des muscles permet de les stocker en bobines et de les couper pour répondre à des exigences de longueur spécifiques. L’équipe a utilisé deux méthodes pour créer des fibres intelligentes à partir des muscles artificiels. La première consistait à les utiliser comme des fils actifs pour les tresser, les tisser ou les tricoter en tissus actifs à l’aide des technologies traditionnelles de fabrication de textiles. L’autre consistait à les intégrer directement dans des tissus passifs classiques.

La combinaison de la pression hydraulique, des temps de réponse rapides, de la légèreté, de la petite taille et de la grande flexibilité rend les textiles intelligents de l’UNSW polyvalents et programmables. Selon Do, l’expansion et la contraction de leurs tissus actifs sont similaires à celles des fibres musculaires humaines.

Cette polyvalence ouvre la voie à des applications potentielles dans le domaine de la robotique douce, notamment des structures changeant de forme, des robots mous biomimétiques, des robots de locomotion et des vêtements intelligents. Il existe des possibilités d’utilisation en tant que vêtements médicaux/thérapeutiques, en tant qu’appareils d’assistance pour les personnes ayant besoin d’aide pour se déplacer, et en tant que robots mous pour aider au sauvetage et à la récupération de personnes piégées dans des espaces confinés.

Bien que ces muscles artificiels n’en soient encore qu’au stade de la validation du concept, le chercheur est optimiste quant à leur commercialisation dans un avenir proche. « Nous avons déposé une demande de Traité de coopération en matière de brevets autour de ces technologies », dit-il. « Nous travaillons également sur la validation clinique de notre technologie en collaboration avec des cliniciens locaux, notamment sur des vêtements de compression intelligents, des dispositifs d’assistance portables et des interfaces haptiques douces. »

Pendant ce temps, l’équipe de recherche continue à travailler sur des améliorations. « Nous avons actuellement atteint un diamètre extérieur de 0,5 mm, ce qui, selon nous, est encore grand par rapport aux fibres musculaires humaines », précise Thanh Nho Do. « [Donc] l’un des principaux défis de notre technologie est de savoir comment faire passer le muscle à une taille plus petite, disons moins de 0,1 mm de diamètre. »

Un autre défi, ajoute-t-il, concerne la source d’énergie hydraulique, qui nécessite des fils électriques pour connecter et entraîner les muscles. « Notre équipe travaille à l’intégration d’une nouvelle pompe souple et miniature et de modules de communication sans fil qui permettront des systèmes d’entraînement sans fil pour en faire un dispositif plus petit et plus compact. »

La modélisation analytique des actionneurs de flexion est un autre domaine à améliorer. Selon les chercheurs, des études concomitantes visant à démontrer la faisabilité des textiles intelligents fabriqués à la machine et des textiles intelligents lavables dans l’industrie des vêtements intelligents sont également nécessaires, tout comme d’autres études concernant l’incorporation de composants fonctionnels dans les textiles intelligents afin de fournir des avantages supplémentaires.

https://spectrum.ieee.org/smart-clothes-artificial-muscles

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/admt.202000383

https://www.nature.com/articles/s41598-022-15369-2#author-information