Imprimante portable développée pour la fabrication d'appareils sous forme d'origami
infohightech ·
Des chercheurs ont développé une imprimante multimatériaux portable, de la taille d'une main, utilisant la force capillaire améliorée grâce à la technologie EWOD. Cet appareil portable permet la fabrication rapide de dispositifs tridimensionnels et présente un fort potentiel pour de multiples applications concrètes. Crédit : Dr Hiroki Shigemune, Institut de technologie de Shibaura, Japon. Lien source : https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.5c12629
Actuellement, des dispositifs tridimensionnels (3D) inspirés de l'origami sont développés : une simple feuille de matériau est pliée en petits dispositifs. Ces dispositifs sont destinés à des applications médicales comme les stents ou les instruments chirurgicaux ; à des dispositifs agricoles comme les capteurs de sol ; et à des radiateurs spatiaux ou des panneaux solaires performants utilisés dans les technologies spatiales. Outre l'innovation, il est également important de se concentrer sur des technologies durables, capables de répondre aux besoins humains et de s'adapter aux changements environnementaux.
La demande de fabrication de capteurs à la demande, ne nécessitant pas d'infrastructure complexe, est en pleine croissance. Le déploiement de capteurs dans des environnements aux ressources limitées, tels que les champs agricoles, les établissements de santé, les sites de catastrophes et les missions spatiales, est également une exigence émergente.
Soucieux de la durabilité et de la réduction des déchets électroniques, les chercheurs s'efforcent de concevoir durablement des dispositifs jetables permettant de fabriquer des capteurs IoT ( Internet des objets ) économiques et économes en ressources. Cependant, les approches actuellement disponibles pour la fabrication de dispositifs 3D présentent certaines limites, notamment en termes de portabilité, ce qui les rend peu pratiques pour une utilisation sur site.
Une équipe de chercheurs dirigée par le professeur associé Hiroki Shigemune de l'Institut de technologie de Shibaura (Japon), ainsi que par les Drs Yuhi Watanabe et Atsushi Matsushita de l'Institut de technologie de Shibaura (Japon), a développé une nouvelle imprimante multimatériaux portable pour la fabrication sur site de dispositifs en origami.
Cette imprimante utilise la technologie d'électromouillage sur diélectrique (EWOD), une méthode microfluidique numérique qui contrôle et manipule la position, la forme et le comportement des gouttelettes de liquide sur une surface sans vanne ni pompe externe. Cette étude est publiée dans la revue ACS Applied Materials & Interfaces .
Des chercheurs ont développé une imprimante portable exploitant la technologie EWOD pour contrôler et imprimer indépendamment des liquides conducteurs et isolants. Cet appareil portable permet une fabrication rapide et des applications concrètes dans l'agriculture, les emballages intelligents pour détecter les impacts ou les variations d'humidité, et le domaine médical pour la surveillance de la santé en temps réel. Crédit : Dr Hiroki Shigemune, Institut de technologie de Shibaura, Japon.
Source : https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.5c12629
« Nous avons développé une imprimante portable et compacte, de la taille d'une paume, qui exploite la technologie EWOD pour contrôler et imprimer indépendamment des liquides conducteurs et isolants. Ce système dépose avec précision des encres fonctionnelles sur des supports papier en utilisant uniquement des signaux électriques ON/OFF, sans composants mécaniques ni pompes externes, facilitant ainsi la fabrication sur site de dispositifs d'origami », explique le Dr Shigemune.
Les chercheurs ont optimisé les conditions d'impression des encres structurelles et d'électrodes de manière indépendante et intégrée. Cette intégration n'a en aucun cas compromis la fonctionnalité. Ils ont appliqué l'approche proposée à la fabrication d'un capteur de contrainte extensible en origami et d'un capteur de respiration.
Il est à noter que le capteur de contrainte a affiché des performances stables même après 1 000 cycles de déformation, et que le capteur de respiration a affiché des réponses de signal stables lors de détections répétées de respiration. La durabilité sous 1 000 cycles d'étirement, combinée à la flexibilité et à l'absorption des supports papier, souligne la compatibilité environnementale de ce système.
« Notre système proposé peut aider à produire des capteurs et des dispositifs spécifiques au site avec des formes et des fonctions personnalisées pour les plates-formes de fabrication d'appareils IoT portables destinés à être déployés dans des domaines tels que l'agriculture et les soins de santé », explique le Dr Shigemune.
Grâce à sa conception minimaliste, composée uniquement de papier, d'encre et d'un dispositif de contrôle miniature, le système est facile à transporter et à stocker. Cela permet de fabriquer des capteurs hors réseau, répondant ainsi aux besoins humains dans des zones reculées, comme en cas de catastrophe ou dans des environnements extraterrestres. Dans certaines situations défavorables où le déploiement d'équipements lourds est impossible, des capteurs et des dispositifs électroniques essentiels peuvent être fabriqués à la demande, offrant ainsi des capacités de réponse rapide dans des conditions de ressources limitées.
L'imprimante présente un fort potentiel pour de multiples applications concrètes. Elle permet de fabriquer sur site des emballages agricoles intelligents intégrant des capteurs, adaptés à la taille ou aux conditions d'impact des fruits récoltés, permettant ainsi une optimisation basée sur la qualité. Elle peut également servir au développement de dispositifs de santé portables et sur mesure, pouvant être fixés à des masques ou des vêtements pour surveiller la respiration ou les mouvements, contrôler les infections et surveiller la santé des personnes âgées.
« Globalement, notre étude pose les bases du développement de capteurs économiques, déployables et respectueux de l'environnement. Le nouveau modèle de fabrication proposé contribue à des pratiques de fabrication durables et flexibles dans les domaines de l'agriculture intelligente, de l'IoT médical et des soins de santé personnalisés », conclut le Dr Shigemune.
https://www.shibaura-it.ac.jp/en/headline/detail/20250922_727.html