Des tricots à pression transforment le tissu en interrupteurs qui comptent les pas et allument des LED.

Points clés à retenir - Des ingénieurs de Harvard ont utilisé le tricotage industriel standard pour créer des tissus denses qui s'emboîtent entre plusieurs formes 3D stables, transformant ainsi des textiles ordinaires en métamatériaux mécaniques.  - En intégrant des fils conducteurs, ils ont démontré que les tissus multistables peuvent fonctionner comme des interrupteurs ou des capteurs souples et extensibles.

Le tricot a bien évolué depuis les pulls et les couvertures. Des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ont transformé le tricot quotidien en une plateforme puissante pour fabriquer des dispositifs à géométrie variable qui peuvent servir d'interrupteurs, de capteurs et plus encore, ouvrant la voie à des textiles fonctionnels et programmables de nouvelle génération. 

Les chercheurs ont créé des tissus uniques, tricotés à la machine, qui se transforment instantanément en plusieurs formes stables, une propriété connue des physiciens sous le nom de multistabilité. Ces travaux ont été dirigés par Kausalya Mahadevan , récemment diplômée d'un doctorat et actuellement chercheuse postdoctorale au sein du laboratoire de Katia Bertoldi , professeure titulaire de la chaire William et Ami Kuan Danoff en mécanique appliquée. Leurs recherches sont publiées dans la revue Advanced Functional Materials.  

« J’ai toujours été passionnée par les tissus et les textiles, et par ce que l’on peut concevoir et réaliser avec eux », explique Mahadevan, qui a commencé à travailler dans le laboratoire de Bertoldi pendant ses études de premier cycle. « Nos idées sur la multistabilité des textiles sont nées de l’inspiration que nous avons puisée chez les artistes textiles et dans leur approche des structures, combinée à la vision traditionnelle du laboratoire de Bertoldi concernant la mécanique non linéaire des solides. Nous avons cherché à aborder la réflexion sur les textiles dans ce contexte. » 

Les structures courbes qui conservent leur forme sont généralement moulées à partir de polymères et créées en programmant avec précision les contraintes résiduelles au sein du matériau. Dans cette nouvelle étude, les chercheurs démontrent que le tricotage en trame – le même procédé industriel utilisé pour la fabrication de bonnets et de gants – permet de générer des courbures plus complexes à partir du seul fil. 

Ils ont choisi des fils très élastiques et utilisé une technique appelée placage, qui consiste à exposer différents fils sur chaque face du tissu. Ils ont ainsi pu produire des textiles denses et épais qui s'enroulent naturellement en formes tridimensionnelles, exploitant le même mécanisme de base que celui d'un t-shirt coupé qui s'enroule par le bas. 

Les chercheurs ont utilisé des fils très élastiques pour créer des textiles denses qui s'emboîtent dans différentes configurations. 

« Le choix du fil et des paramètres de la machine nous a permis de sélectionner un tissu aussi réactif que possible », a déclaré Mahadevan. 

En combinant systématiquement des rayures horizontales et verticales, ils ont créé des tissus qui se déforment et se stabilisent dans plusieurs configurations, à l'instar d'un interrupteur qui possède deux positions : marche et arrêt. En analysant l'influence de la géométrie et du choix des matériaux sur ce comportement, ils ont identifié les régimes physiques dans lesquels leurs textiles tricotés deviennent multistables. Ils ont également pu modéliser avec précision le comportement des textiles grâce à des simulations qui les considèrent comme un matériau continu, plutôt que de suivre chaque fil individuellement. 

Pour démontrer les applications potentielles, les chercheurs ont intégré de fins fils conducteurs dans leurs tricots, transformant ainsi les tissus en interrupteurs électriques souples et extensibles qui changent d'état lorsque le textile se balance d'avant en arrière. 

Ils ont créé, par exemple, une coquille tricotée multistable qui allume et éteint une LED en fonction de son état. Ils ont également conçu un interrupteur textile portable qui, placé sur le genou ou le coude, produit un mouvement de claquement interprétable par une carte Arduino pour compter les pas. Enfin, ils ont imaginé un abat-jour reconfigurable doté de trois interrupteurs multistables distincts, chacun contrôlant une couleur de lumière différente selon que le tissu s'étire ou se claque. Ces dispositifs, parmi d'autres, ont fait l'objet d'une installation récente à l'Art Lab . 

Les machines utilisées par Mahadevan et son équipe sont similaires aux machines à tricoter industrielles standard utilisées dans les usines de confection, ce qui laisse présager une mise à l'échelle rapide des futurs dispositifs. 

D'un point de vue scientifique, ce projet rapproche les textiles du vaste domaine des métamatériaux mécaniques non linéaires, où les structures sont conçues pour se plier, se déformer et se rompre de manière fonctionnelle. Mahadevan s'intéresse particulièrement aux possibilités offertes par le contrôle multistable pour concevoir des textiles doux, sans coutures et fonctionnels. L'équipe envisage des tissus capables de détecter les mouvements discrètement, de fournir un retour tactile, voire de se métamorphoser à la demande. 

https://seas.harvard.edu/news/oh-snap-fabrics-multiple-stable-shapes