Des chercheurs du campus de Shenzhen de l’Université Sun Yat-sen, de l’Université Carnegie Mellon, de l’Université chinoise de Hong Kong et de l’Université du Zhejiang ont créé un nouveau matériau de déphasage – surnommé une matière de transition de phase magnétoactive (MPTM) – en incorporant du néodyme magnétique-fer -des microparticules de bore dans le gallium, un métal à très bas point de fusion (29,8 degrés Celsius). Le matériau de l’équipe peut basculer de manière réversible entre la phase solide et la phase liquide en chauffant avec un champ magnétique alternatif ou en refroidissant.
« Là où les robots traditionnels sont durs et rigides, les robots mous ont le problème opposé ; ils sont flexibles mais faibles et leurs mouvements sont difficiles à contrôler », a déclaré le Dr Chengfeng Pan, chercheur à l’Université chinoise de Hong Kong.
“Donner aux robots la possibilité de basculer entre les états liquide et solide leur confère plus de fonctionnalités.”
“Les particules magnétiques ont ici deux rôles”, a ajouté le Dr Carmel Majidi, chercheur à l’Université Carnegie Mellon.
“La première est qu’ils rendent le matériau sensible à un champ magnétique alternatif, de sorte que vous pouvez, par induction, chauffer le matériau et provoquer le changement de phase.”
“Mais les particules magnétiques donnent également aux robots la mobilité et la capacité de se déplacer en réponse au champ magnétique.”
Cela contraste avec les matériaux de déphasage existants qui reposent sur des pistolets thermiques, des courants électriques ou d’autres sources de chaleur externes pour induire une transformation solide-liquide.
Le nouveau matériau de l’équipe, le MPTM, présente une phase liquide extrêmement fluide par rapport à d’autres matériaux à changement de phase, dont les phases «liquides» sont considérablement plus visqueuses.
Avant d’explorer les applications potentielles, les chercheurs ont testé la mobilité et la résistance du matériau dans divers contextes.
À l’aide d’un champ magnétique, les robots ont sauté par-dessus les douves, escaladé les murs et se sont même divisés en deux pour déplacer en coopération d’autres objets avant de se regrouper.
Dans une vidéo, un robot en forme de personne se liquéfie pour suinter à travers une grille, après quoi il est extrait et remodelé dans sa forme d’origine.
Schéma et applications de la transition de phase liquide-solide du MPTM. Crédit image : Wang et al., doi : 10.1016/j.matt.2022.12.003.
“Maintenant, nous poussons ce système de matériaux de manière plus pratique pour résoudre certains problèmes médicaux et techniques très spécifiques”, a déclaré le Dr Pan.
Sur le plan biomédical, les auteurs ont utilisé les robots pour retirer un objet étranger d’un estomac modèle et pour administrer des médicaments à la demande dans le même estomac.
Ils ont également démontré comment le matériau pouvait fonctionner comme des robots de soudage intelligents pour l’assemblage et la réparation de circuits sans fil (en suintant dans des circuits difficiles à atteindre et agissant à la fois comme soudure et conducteur) et comme une “vis” mécanique universelle pour assembler des pièces dans des pour atteindre les espaces (en fondant dans la douille à vis filetée puis en se solidifiant ; aucun vissage réel requis).
“Les travaux futurs devraient explorer davantage comment ces robots pourraient être utilisés dans un contexte biomédical”, a déclaré le Dr Majidi.
“Ce que nous montrons ne sont que des démonstrations ponctuelles, des preuves de concept, mais beaucoup plus d’études seront nécessaires pour approfondir la manière dont cela pourrait réellement être utilisé pour l’administration de médicaments ou pour retirer des objets étrangers.”
Le travail de l’équipe apparaît dans le journal Question.
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Qingyuan Wang et al. Matière de transition de phase liquide-solide magnétoactive. Question, mis en ligne le 25 janvier 2023 ; doi : 10.1016/j.matt.2022.12.003
