Inspirés par le fonctionnement de la peau des bras des poulpes, des chercheurs de Virginia Tech aux États-Unis ont développé un nouvel adhésif à commutation rapide qui adhère solidement aux objets sous l'eau. Le matériau pourrait être utilisé en robotique, dans les soins de santé et dans l’industrie manufacturière pour assembler et manipuler des objets humides.
Les adhésifs qui fonctionnent sous l’eau sont difficiles à fabriquer. En effet, les liaisons hydrogène, les forces de Van der Waals et les forces électrostatiques qui assurent l'adhésion dans les environnements secs sont beaucoup moins efficaces dans l'eau. Le monde animal, cependant, contient de nombreux exemples de forte adhésion dans des conditions humides : les moules sécrètent des protéines adhésives spéciales, créant une plaque collante à attacher aux surfaces humides ; les grenouilles canalisent le fluide à travers des coussinets structurés pour activer les forces capillaires et hydrodynamiques ; et les céphalopodes comme la pieuvre utilisent des ventouses pour adhérer aux surfaces par aspiration.
Forte adhérence
Les pinces céphalopodes sont particulièrement efficaces pour maintenir des objets sous l’eau. Les poulpes, par exemple, ont huit longs bras couverts de ventouses qui peuvent s'agripper à des objets comme des proies. En forme de bout de piston de plombier, les ventouses adhèrent à un objet, créant rapidement un lien adhésif solide et difficile à briser. "L'adhésion peut être rapidement activée et libérée", explique le chef de l'équipe d'étude Michel Bartlett, "et la pieuvre contrôle plus de 2000 XNUMX ventouses réparties sur huit bras en traitant les informations provenant de divers capteurs chimiques et mécaniques."
En effet, l’appareil de détection d’une pieuvre est constitué d’un système de photoréception qui utilise ses yeux ; des mécanorécepteurs qui détectent le débit, la pression et le contact du fluide ; et des capteurs tactiles de chimioréception. Chaque ventouse est contrôlée indépendamment pour activer ou libérer l’adhésion – ce qui n’existe pas dans les adhésifs synthétiques.
Le nouvel adhésif inspiré du poulpe de Virginia Tech se compose d'une tige en élastomère de silicone recouverte d'une membrane élastomère extensible à actionnement pneumatique pour contrôler l'adhérence. La tige est fabriquée à l’aide de moules d’impression 3D et l’élastomère de silicone est ensuite coulé et durci. L'élément adhésif est connecté à une source de pression qui fournit une pression positive, neutre et négative pour contrôler la forme de la membrane active.
"Cette conception nous permet de faire passer l'adhésion 450 fois de l'état activé à l'état désactivé en moins de 50 ms", explique Bartlett. "Nous avons étroitement intégré ces éléments adhésifs à une gamme de capteurs de proximité optiques micro-LIDAR qui détectent la proximité d'un objet."
Les chercheurs ont ensuite connecté les ventouses et le LIDAR via un microcontrôleur pour la détection d’objets en temps réel et le contrôle de l’adhésion.
Gant avec ventouses et capteurs synthétiques
Sous l'eau, une pieuvre enroule ses bras autour d'objets et peut s'attacher à diverses surfaces, notamment des rochers, des coquilles lisses et des balanes rugueuses à l'aide de ses ventouses. Bartlett et ses collègues ont imité cela en fabriquant un gant avec des ventouses synthétiques et des capteurs étroitement intégrés. Cet appareil, baptisé Octa-glove, peut détecter des objets sous l’eau de formes différentes. Cela déclenche automatiquement l'adhésif afin que l'objet puisse être manipulé.
"En fusionnant des matériaux adhésifs souples et réactifs avec des composants électroniques intégrés, nous pouvons saisir des objets sans avoir à les presser", a déclaré Bartlett. « Cela rend la manipulation d’objets mouillés ou sous l’eau beaucoup plus facile et plus naturelle. L'électronique peut activer et libérer l'adhérence rapidement. Déplacez simplement votre main vers un objet et le gant fait le travail de saisie. Tout cela peut être fait sans que l’utilisateur n’appuie sur un seul bouton.
Ces capacités, qui imitent la manipulation, la détection et le contrôle avancés des céphalopodes, pourraient trouver des applications dans le domaine de la robotique douce pour la préhension sous-marine, des applications dans les technologies d'assistance à l'utilisateur et les soins de santé, ainsi que dans la fabrication pour l'assemblage et la manipulation d'objets mouillés, explique-t-il. Monde de la physique.
Plusieurs modes de préhension
Un adhésif inspiré du poulpe pourrait guérir les blessures
Dans leurs expériences, les chercheurs ont testé plusieurs modes de préhension. Ils ont utilisé un seul capteur pour manipuler des objets délicats et légers et ont découvert qu’ils pouvaient rapidement saisir et libérer des objets plats, des jouets en métal, des cylindres, une cuillère et une boule d’hydrogel ultra-molle. En reconfigurant ensuite les capteurs pour que plusieurs capteurs soient activés, ils pourraient saisir des objets plus gros tels qu'une assiette, une boîte et un bol.
L'équipe de Virginia Tech, rendant compte de son travail dans Science Advances, dit qu'il y a encore beaucoup à apprendre, à la fois sur la façon dont la pieuvre contrôle l'adhésion et manipule les objets sous-marins. "Si nous pouvons mieux comprendre le système naturel, cela permettra de créer des systèmes d'ingénierie bio-inspirés plus avancés", explique Bartlett.
