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Les matériaux de morphing prennent de nouvelles formes
Les chercheurs qui ont développé des sutures à nouage automatique qui changent de forme lorsqu'elles sont exposées à la lumière ont maintenant créé des structures de morphing qui peuvent prendre trois formes consécutives en réponse aux changements de température. Les polymères à changement de forme pourraient éventuellement être utilisés comme stents amovibles et attaches à fermeture automatique utilisés dans l'assemblage de pièces complexes.
Les structures sont constituées de polymères à mémoire de forme, une classe de matériaux qui changent d'une forme prédéfinie à une autre en réponse à une nouvelle condition, telle qu'une augmentation de la chaleur. Au cours des dernières années, divers groupes de recherche ont créé des polymères qui réagissent à la lumière ou à un champ magnétique. Mais maintenant, des chercheurs du MIT et du GKSS Research Center, à Teltow, en Allemagne, ont ajouté la possibilité de transformer les polymères en une troisième forme. C'est la première fois que vous pouvez faire passer un matériau de la forme A à la forme B à C, explique Robert Langer, professeur de génie chimique au MIT et l'un des chercheurs.
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VIDÉO : Voir la transformation matérielle
Dans le Actes de l'Académie nationale des sciences (PNAS) cette semaine, les chercheurs décrivent deux structures prototypes qui utilisent les nouveaux matériaux. Dans le premier prototype, un tube en plastique aplati se dilate après avoir été chauffé, formant un tube ouvert qui conserve cette forme même après refroidissement. Lorsqu'il est chauffé à une température encore plus élevée, le tube rétrécit en diamètre. Une application potentielle : un stent qui peut être ouvert une fois placé dans le corps d'un patient, comme à l'intérieur d'une artère, puis, une fois que le stent a rempli son rôle, être à nouveau chauffé pour le rendre suffisamment petit pour être retiré.
L'autre prototype se déplie puis étend deux bras pour se fixer (voir une vidéo du processus ici). Cette conception pourrait être utile sur les chaînes de montage pour assembler des pièces difficiles à atteindre, explique Andreas Lendlein , directeur de l'Institut de recherche sur les polymères du Centre de recherche GKSS et l'un des auteurs de l'article du PNAS.
Lendlein dit que la clé des nouvelles structures était le développement de deux types de polymères qui ont des points de fusion distincts. A température ambiante, le matériau conserve sa première forme. Mais lorsqu'il est chauffé au-dessus d'une certaine température, des zones à travers le matériau se ramollissent, lui permettant de prendre une forme intermédiaire. À une température de transition encore plus élevée, le reste du matériau se ramollit, permettant à la structure de prendre sa forme finale.
Bien que les chercheurs aient conçu des polymères spécifiquement pour ce projet, Lendlein dit que les résultats démontrent un principe général qui pourrait fonctionner avec une variété de polymères. En effet, il dit que pour des applications spécifiques, les chercheurs peuvent avoir besoin de modifier les matériaux pour les rendre compatibles pour une utilisation dans le corps et pour réduire les coûts d'utilisation dans la fabrication. Lendlein travaille avec mNémoscience , basée à Aix-la-Chapelle, en Allemagne, une entreprise dérivée du MIT et de l'Université RWTH d'Aix-la-Chapelle, pour commercialiser la nouvelle technologie.
Richard Vaia, chercheur au Laboratoires de recherche de la Force aérienne , affirme que le travail fait partie d'une tendance dans la recherche sur la mémoire de forme vers des matériaux plus complexes et plus performants. Alors que les premières applications, telles que le film rétractable, étaient simples, les chercheurs utilisent des nanoparticules pour augmenter la quantité de force que les matériaux peuvent appliquer lorsqu'ils changent de forme, et ils développent de nouvelles façons de déclencher les changements, explique Vaia. Un autre objectif majeur irait au-delà des matériaux multiformes de Lendlein à ceux qui peuvent changer de forme de manière réversible, revenant à la forme d'origine pour les applications qui nécessitent des mouvements répétés.