Un fluide intelligent aux propriétés programmables

Il y a des tendances qui disparaissent aussi vite qu'elles sont apparues : Le bubble tea en fait partie. Il est probable que peu de gens se souviennent de cette étrange boisson à base de thé, à laquelle sont ajoutées des billes de gel d'amidon alimentaire. Mais il est possible que l'équipe de recherche de Katia Bertoldi, de l'université américaine de Harvard, ait eu le thé aux bulles en tête lorsqu'elle s'est retrouvée dans son laboratoire pour développer un nouveau type de liquide. Le métafluide est en effet constitué de capsules remplies d'air, faites d'un matériau caoutchouteux, réparties dans un liquide et mesurant chacune entre 50 et 500 micromètres de diamètre. Ainsi, la substance combine à la fois les propriétés d'un solide, d'un liquide et d'un gaz. Lorsqu'une force est exercée sur les billes, elles se déforment. Cela permet de modifier radicalement, mais de manière réversible, la nature du fluide. Cette recherche a été publiée dans la revue scientifique "Nature".

Les métamatériaux sont des matériaux artificiels dotés de propriétés optiques, électriques ou magnétiques qui n'existent pas dans la nature. Ils promettent de dissimuler des objets dans l'espace et le temps, de les rendre invisibles, inaudibles ou même impalpables. Les objets furtifs sont une application intéressante. Mais la plupart de ces matériaux sont solides. "Contrairement aux métamatériaux solides, les métafluides ont la capacité unique de s'écouler et de s'adapter à la forme de leur contenant", explique Katia Bertoldi, premier auteur et professeur de mécanique appliquée. De plus, ils peuvent être comprimés comme un gaz. "Notre objectif était de créer un métafluide qui possède également d'autres capacités inhabituelles, telles qu'une viscosité et une élasticité programmables, ainsi que des propriétés optiques ajustables."

L'équipe a utilisé les techniques de fabrication d'un autre laboratoire de Harvard pour créer des centaines de milliers de petites capsules déformables et remplies d'air, qu'elle a ensuite mélangées à de l'huile de silicone. Lorsque la pression dans le liquide augmente, les capsules s'effondrent et forment une demi-sphère lenticulaire. Lorsque la pression est supprimée, elles reprennent leur forme sphérique. Lors de ces transitions, plusieurs propriétés du liquide, telles que sa translucidité et sa viscosité, sont modifiées. En modifiant le nombre, la taille et l'épaisseur des capsules, il est également possible d'ajuster la force de la réaction.

En outre, selon les chercheurs, il s'agit du premier métafluide dont la capacité à passer de l'état newtonien à l'état non newtonien a été démontrée. Par ce dernier, on entend une substance dont le comportement de déformation n'est pas linéaire. Lorsqu'une force lui est appliquée, un tel matériau ne se comporte soudainement plus comme un liquide, mais plutôt comme un solide.

Les spécialistes ont démontré que le liquide était programmable en versant le métafluide dans une pince hydraulique robotisée et en laissant celle-ci prendre une bouteille en verre, un œuf et une myrtille. Avec un système hydraulique classique fonctionnant à l'air ou à l'eau, le robot aurait besoin d'une sorte de capteur ou de commande externe pour ajuster sa prise et saisir les trois objets sans les écraser. Mais avec le métafluide, aucun capteur n'est nécessaire. Le fluide lui-même réagit à différentes pressions et modifie sa souplesse pour adapter la force de la pince.

"Le champ d'application d'un tel métafluide facile à produire est énorme", a déclaré Bertoldi. Il pourrait être utilisé pour des amortisseurs intelligents qui dissipent l'énergie en fonction de la force de l'impact, pour des dispositifs optiques qui doivent passer de la transparence à l'opacité, ou encore pour la programmation de robots.

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