31 Oct, 2023

Une fibre métamorphique réagit à la chaleur et pourrait produire des tissus morphologiques

Biotechnologie, Electronique, Matériel, Services, Sociétés

Jack Forman fait partie d’une équipe qui a créé une fibre métamorphique réagissant à la chaleur et pouvant être utilisée par les machines de production textile existantes.

Des chercheurs ont créé une fibre peu coûteuse qui se contracte sous l’effet de la chaleur et reprend sa forme lorsque celle-ci disparaît. Compatible avec les machines de production textile existantes et ne dépendant pas de capteurs ou d’autres équipements, la fibre à changement de forme pourrait avoir une myriade d’utilisations.

Depuis un certain temps, les chercheurs s’efforcent de produire des fibres à changement de forme pouvant être incorporées dans des textiles pour toute une série d’applications, depuis le maintien au chaud des personnes jusqu’au revêtement intérieur des avions. Mais nombre d’entre elles nécessitent un matériel qui rend leur utilisation peu pratique en dehors des laboratoires.

Aujourd’hui, des chercheurs du MIT et de la Northeastern University ont mis au point une fibre d’actionnement peu coûteuse, baptisée FibeRobo, qui change de forme en fonction de la température et qui est compatible avec les machines de fabrication de textiles existantes, ce qui signifie qu’elle pourrait être utilisée dans le monde réel.

« Nous utilisons des textiles pour tout », a déclaré Jack Forman, auteur principal de l’étude. « Nous construisons des avions avec des matériaux composites renforcés de fibres, nous recouvrons la station spatiale internationale d’un tissu de protection contre les radiations, nous les utilisons pour l’expression personnelle et la performance. Une grande partie de notre environnement est adaptative et réactive, mais la chose qui devrait être la plus adaptative et réactive – les textiles – est complètement inerte. »

Pour créer une fibre capable d’agir silencieusement et de changer de forme tout en étant compatible avec les procédures courantes de fabrication des textiles, les chercheurs se sont tournés vers l’élastomère à cristaux liquides (LCE). Un cristal liquide est une série de molécules qui peuvent s’écouler comme un liquide mais qui, lorsqu’on les laisse se déposer, s’empilent pour former un arrangement cristallin.

Ils ont incorporé ces structures cristallines dans un réseau d’élastomère extensible. Lorsque la chaleur est appliquée au LCE, les cristaux se désalignent et tirent sur l’élastomère, ce qui entraîne la contraction de la fibre. Lorsque la chaleur disparaît, les molécules reprennent leur alignement d’origine.

Une fibre est créée en pressant lentement la résine LCE chauffée à travers une buse tout en la durcissant à l’aide d’une lumière UV. La lumière doit être parfaite. Si la lumière est faible, le matériau se sépare et coule ; si elle est trop forte, il s’agglutine. La fibre est ensuite trempée dans de l’huile pour lui donner un revêtement glissant et durcie à nouveau avec une lumière UV puissante, ce qui crée une fibre solide et lisse. Enfin, elle est recueillie dans une bobine supérieure et trempée dans de la poudre afin de pouvoir glisser facilement dans les machines de fabrication de textiles.

« Il y a beaucoup de boutons que nous pouvons tourner », souligne Jack Forman. « Il a fallu beaucoup de travail pour mettre au point ce processus à partir de zéro, mais en fin de compte, il nous donne une grande liberté pour la fibre qui en résulte. »

De la synthèse chimique à la bobine finie, le processus prend environ une journée et produit environ un kilomètre de fibre prête à l’emploi. La fibre, que les chercheurs ont baptisée FibeRobo, peut être produite à 20 cents le mètre, soit environ 60 fois moins cher que les fibres à changement de forme disponibles dans le commerce. Elle peut se contracter jusqu’à 40 % sans se plier, bien que la version sans danger pour la peau se contracte jusqu’à environ 25 %.

FibeRobo peut être produite à faible coût et utilisée avec les technologies existantes pour créer des textiles à changement de forme

La fibre peut être incorporée dans des machines à coudre et à tricoter industrielles, ainsi que dans des métiers à bras non industriels, et être crochetée, sans aucune modification du processus. Pour tester les capacités de FibeRobo, les chercheurs ont utilisé une machine à tricoter industrielle pour créer une veste de compression pour le chien de Jack Forman qui peut « étreindre » l’animal à l’aide d’un signal Bluetooth provenant d’un smartphone. Ils l’ont également utilisé pour créer un soutien-gorge de sport adaptatif brodé qui se resserre lorsque l’utilisateur commence à faire de l’exercice.

Les chercheurs prévoient de rendre les composants chimiques de FibeRobo recyclables ou biodégradables et de rationaliser le processus de synthèse des polymères afin que les utilisateurs ne disposant pas de compétences en laboratoire puissent les fabriquer eux-mêmes.

« En fin de compte, vous ne voulez pas d’un tissu de diva », assure Jack Forman. « Vous voulez une fibre qui, lorsque vous travaillez avec elle, fait partie de l’ensemble des matériaux – une fibre avec laquelle vous pouvez travailler comme n’importe quel autre matériau de fibre, mais qui possède un grand nombre de nouvelles capacités passionnantes. »

À l’avenir, les chercheurs espèrent que les gens pourront acheter FibeRobo dans un magasin d’artisanat, comme ils le feraient avec une pelote de laine, et l’utiliser pour créer leurs propres produits de morphing.

L’étude sera présentée lors du 36e symposium annuel de l’ACM sur les logiciels et technologies d’interface utilisateur en octobre 2023. La vidéo ci-dessous, produite par le MIT, démontre les capacités de FibeRobo.