Des chercheurs se sont inspirés des tatous pour créer une structure protectrice qui réagit aux menaces extérieures en se recroquevillant sur elle-même afin de protéger les appareils électroniques ou autres charges utiles. Cette structure est conçue pour réagir automatiquement lorsqu’elle détecte une contrainte et peut être paramétrée pour réagir à tout type de choc, d’un simple effleurement à un impact important.
« Les domaines de la robotique souple et de l’électronique flexible ont connu une forte croissance, mais ces dispositifs sont souvent fragiles », explique Yong Zhu, co-auteur d’un article sur ces travaux et professeur émérite Andrew A. Adams de génie mécanique et aérospatial à l’Université d’État de Caroline du Nord. « Notre objectif était de développer une solution permettant à ces technologies fragiles de fonctionner tout en les protégeant lorsque cela s’avère nécessaire. »
« À l’état relâché, la structure que nous avons mise au point est assez flexible, mais elle peut être activée pour se courber et former une structure externe rigide », explique Jianyu Zhou, premier auteur de l’article et chercheur postdoctoral à l’Université d’État de Caroline du Nord. « On pourrait imaginer que cette technologie serve à protéger de nombreux types d’objets – en fait, tout ce qu’elle est capable d’épouser. »
Le robot-tatou, que les chercheurs appellent module de protection morpho-interverrouillé (MIPM : morpho-interlocking protective module), se compose de trois couches principales. La couche externe, ou exosquelette, est constituée d’une série d’écailles segmentées et incurvées, fabriquées à partir d’une résine imprimée en 3D.
La couche intermédiaire, dite de « détection et d’actionnement », comprend quatre éléments : un élastomère à cristaux liquides (LCE) qui se contracte sous l’effet de la chaleur ; un capteur de déformation en polymère élastique intégrant des nanofils d’argent ; une couche de ruban Kapton qui se dilate sous l’effet de la chaleur ; et une fine couche de tissu conducteur servant d’élément chauffant. Enfin, la couche endosquelettique est constituée de papier épais plié en crêtes, qui maintiennent en place une rangée d’écailles segmentées rigides en polymère.
Lorsque le capteur de contrainte détecte un contact ou un impact, il envoie un signal à une unité de contrôle qui alimente alors la couche chauffante. À mesure que celle-ci chauffe, la couche LCE se contracte et la couche de ruban Kapton se dilate, ce qui provoque la courbure de l’ensemble de la structure. Finalement, la structure MIPM s’enroule en un cercle protecteur, l’exosquelette étant orienté vers l’extérieur.
« Lorsque les couches se courbent en cercle, les écailles segmentaires de l’endosquelette du MIPM s’emboîtent les unes dans les autres, créant ainsi un « squelette » interne robuste qui contribue à la solidité de la structure », explique Zhou.
Lors des tests de validation de principe, les chercheurs ont constaté que le MIPM fonctionne comme prévu : la couche de capteurs détecte l’augmentation de la contrainte et déclenche la transformation en une coque protectrice. Ils ont également observé qu’augmenter le nombre d’écailles segmentaires dans l’endosquelette améliore significativement la rigidité et la résistance internes de la structure.
« Grâce à une conception guidée par la mécanique, nous avons établi un compromis entre la segmentation de l’endosquelette et l’allègement structurel », explique Zhu. « Par exemple, 10 écailles segmentaires étaient capables de résister à une force d’environ 10 newtons. »
« Nous avons démontré qu’une combinaison de flexibilité et de protection mécanique recèle un fort potentiel, et nous sommes ouverts aux collaborations de ceux qui souhaitent explorer les applications possibles », déclare Zhu. « Nous sommes également très intéressés par la recherche de nouvelles opportunités pour faire progresser les travaux sur des technologies à la fois flexibles et protectrices, inspirées par la nature. »
