Un matériau inspiré d’une plante carnivore, la dionée attrape-mouche, utilisé pour créer une « main robotique », détecte les objets et les saisit sous la lumière.
Ionograteur mimétique de dionée : détection du mouvement d’un objet, préhension sous irradiation UV, maintenue pendant plusieurs minutes, suivie d’un relâchement. Crédit : Advanced Materials (2026). DOI : 10.1002/adma.74981
La dionée attrape-mouche referme ses feuilles pour piéger ses proies lorsqu’elle perçoit un stimulus. S’inspirant de cette plante, des chercheurs du KAIST ont combiné les rôles de la peau, qui détecte les objets qui approchent, et des muscles, qui les saisissent, au sein d’un seul matériau souple. Lorsqu’un objet chargé électriquement s’approche, les ions contenus dans le matériau se déplacent et produisent un signal électrique.
Sous l’effet de la lumière ultraviolette (UV), le matériau se plie et saisit l’objet. Capable de conserver sa forme déformée pendant plus de 10 minutes après l’extinction de la lumière, il présente un potentiel prometteur pour la fabrication de mains robotiques souples nécessitant moins de composants et de câblage.
Une équipe de recherche dirigée par le professeur Hong Chul Moon du département de génie chimique et biomoléculaire a mis au point l’« Ionograsper », un robot souple ionique capable de détecter les objets environnants et de se déplacer en fonction de la lumière. Un matériau ionique contient des ions, de petites particules porteuses d’une charge électrique positive ou négative, ce qui lui permet de réagir aux variations électriques de son environnement.
Les humains perçoivent les objets par la vue ou le toucher et les saisissent par la contraction de leurs muscles. De même, les robots ont besoin de capteurs pour détecter leur environnement et d’actionneurs pour se mouvoir. Cependant, lorsque ces dispositifs sont fixés séparément à un robot souple, qui se plie avec flexibilité, le nombre de composants et la quantité de câblage augmentent, et la structure se complexifie.
Formation de vides et hydratation accrue après le blocage du polymère induit par les UV. Crédit : Advanced Materials (2026). DOI : 10.1002/adma.74981
Un polymère qui détecte les charges environnantes
Dans leurs travaux publiés dans la revue Advanced Materials , l’équipe de recherche a combiné les rôles de la peau et des muscles d’un robot au sein d’un seul matériau polymère souple. Les polymères sont des substances composées de petites molécules liées entre elles en longues chaînes ; les plastiques et le caoutchouc en sont des exemples courants. L’équipe a associé l’azobenzène, un composé qui change de forme sous l’effet de la lumière, à un polymère hygroscopique qui absorbe l’humidité de l’air. Il en résulte une structure réticulaire au sein de laquelle les ions peuvent se déplacer.
Lorsqu’un objet chargé s’approche, son champ électrique provoque une redistribution des ions positifs et négatifs présents dans le matériau. Il en résulte des modifications au sein du matériau, même sans contact direct. Les chercheurs ont utilisé le signal électrique ainsi généré pour détecter l’approche et le mouvement des objets sans appliquer de tension de détection supplémentaire.
Développement d’un ionographe biomimétique écoénergétique. Crédit : Advanced Materials (2026). DOI : 10.1002/adma.74981
La lumière courbe et maintient la pince
Pour rendre le matériau mobile, les chercheurs l’ont exposé à la lumière UV. L’azobenzène modifie sa structure moléculaire lorsqu’il absorbe la lumière, et l’humidité s’échappe de la face irradiée. Le matériau se courbe alors vers la lumière, ce qui permet de saisir un objet.
Lorsque la lumière s’éteint, l’humidité pénètre à nouveau dans le matériau par des pores nanométriques formés à sa surface lors de l’irradiation. Le matériau se courbe alors dans la direction opposée et conserve sa forme déformée pendant plus de 10 minutes, jusqu’à ce que la structure polymère se détende lentement. Ainsi, il n’est pas nécessaire que la lumière reste allumée pour que le matériau conserve sa position de préhension.
L’une des caractéristiques marquantes de cette étude est que trois fonctions – la détection d’un objet, son déplacement et le maintien d’une forme modifiée pendant un certain temps – sont réalisées au sein d’un seul matériau. Les chercheurs ont également analysé comment les modifications moléculaires et d’humidité induites par la lumière entraînent une flexion dans les deux sens et le maintien de la forme.
Limites de la conception actuelle
Cette approche de conception de matériaux pourrait permettre de réduire le nombre de composants et de câblages nécessaires lorsque les capteurs et les actionneurs sont montés séparément sur des robots souples. Cependant, ces travaux restent au stade de la recherche : le matériau détecte actuellement les objets chargés et réagit à la lumière UV. L’équipe prévoit d’améliorer la portée de détection, la vitesse d’actionnement, la durabilité en cas d’utilisation répétée et la capacité de charge, et de rendre le matériau sensible à la lumière visible ou proche infrarouge.
« Plutôt que de fixer séparément la peau et les muscles d’un robot, nous avons créé un matériau unique qui détecte les objets et se déplace lorsqu’il reçoit de la lumière. L’une de ses caractéristiques principales est qu’il conserve sa forme déformée même après l’extinction de la lumière », a expliqué Moon. Il a ajouté que l’équipe prévoit d’intégrer ce matériau à des technologies de contrôle par intelligence artificielle afin de le développer en un matériau de détection et d’actionnement pour les robots physiques dotés d’intelligence artificielle.
Le professeur Yong Min Kim de l’École de génie chimique de l’Université nationale de Jeonbuk a été le premier auteur, et le professeur Hong Chul Moon du département de génie chimique et biomoléculaire de KAIST a été l’auteur correspondant.
https://news.kaist.ac.kr/newsen/html/news/?mode=V&mng_no=67750