Murs d'escalade avec des nanotubes de carbone

Les chercheurs ont développé un ruban à base de nanotubes de carbone qui pourrait s'avérer utile pour créer des robots qui grimpent aux murs et des gants adhésifs spéciaux pour les astronautes. Contrairement au ruban adhésif ordinaire, qui finit par perdre son adhérence, ce nouveau matériau adhère comme une colle permanente, mais il peut être retiré et réutilisé. Il peut également adhérer à une plus grande variété de matériaux, notamment le verre et le téflon.

Les chercheurs ont imité les poils des pieds de gecko (image du bas) en faisant pousser des nanotubes de carbone en faisceaux.

Baptisé gecko tape par les chercheurs, le matériau fonctionne en imitant les structures nanométriques et microscopiques des pieds des geckos qui leur permettent d'escalader rapidement les murs et de traverser les plafonds. Le ruban est réutilisable et ne sèchera pas et ne glissera pas du mur car, contrairement au ruban ordinaire, il n'utilise pas de colles viscoélastiques. Au lieu de cela, il utilise des nanotubes de carbone pour utiliser les forces de van der Waals à l'échelle microscopique qui se produisent à de très courtes distances entre les surfaces. Les faisceaux de nanotubes se conforment aux moindres variations microscopiques d'une surface, de la même manière que les faisceaux de fibres kératiniques nanoscopiques qui composent les poils des pieds de gecko leur permettent de se conformer aux parois.

Comme le ruban adhésif ordinaire, le ruban gecko adhère fortement lorsqu'il est tiré parallèlement à une surface; il peut supporter un peu moins de 10 livres par centimètre carré. Mais le ruban peut être décollé relativement facilement lorsqu'il est tiré perpendiculairement à une surface.

À mesure que le contrôle à l'échelle nanométrique des matériaux s'est accru, le nombre de groupes développant des versions de bandes gecko a augmenté. Mais le nouveau ruban, fabriqué par des chercheurs de l'Université d'Akron et de l'Institut polytechnique de Rensselaer (RPI), est beaucoup plus résistant que ces versions et est capable de supporter quatre fois plus de poids par zone que les pieds de gecko. D'autres chercheurs ont essayé d'utiliser des nanotubes de carbone dans le passé, en partie parce qu'ils sont très solides et peuvent résister à des températures beaucoup plus élevées que le plastique, et seraient donc utiles dans plus d'applications. Mais ces nanotubes étaient trop rigides pour être pratiques, dit Manoj Chaudhury , professeur de génie chimique à l'Université Lehigh, qui a travaillé sur des projets similaires. Ainsi, les chercheurs d'Akron et du RPI ont modifié les nanotubes en exploitant le fait qu'ils peuvent être cultivés chimiquement pour avoir différents nombres de parois. Les chercheurs ont trouvé un équilibre entre avoir trop de parois, ce qui rend les nanotubes trop rigides, et en avoir trop peu, ce qui les rend faibles, explique Chaudhury.

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Pour rendre le ruban encore plus solide tout en conservant sa flexibilité, les chercheurs ont pris un conseil des geckos. Ils ont fait pousser des nanotubes en faisceaux distincts, un peu comme les faisceaux de fibres qui composent les poils des pieds de gecko. Les nanotubes sont fabriqués en exposant des catalyseurs à des charges d'hydrocarbures : progressivement, le carbone s'accumule sur les catalyseurs dans un arrangement atomique distinctif qui forme des tubes. Les chercheurs ont fait pousser des nanotubes en faisceaux en déposant le matériau catalyseur dans un motif de carrés séparés. Ils ont ensuite transféré ces faisceaux de nanotubes sur un plastique souple pour fabriquer le ruban.

La bande peut encore être améliorée de plusieurs manières. À l'heure actuelle, il faut une pression importante pour obtenir un bon contact entre les nanotubes et la surface, explique Metin Sitti , professeur de génie mécanique à l'Université Carnegie Mellon, qui développe des matériaux similaires. Chaudhury dit qu'en fin de compte, ce serait bien d'avoir un matériau qui adhère avec peu ou pas de pression, en particulier pour une utilisation avec des robots grimpeurs. Ali Dhinojwala , professeur de science des polymères à l'Université d'Akron, qui a dirigé les travaux, affirme que la pression de fixation pourrait être diminuée en faisant des choses comme ramollir le support du ruban.

Les chercheurs veulent également rendre la bande plus solide. À l'heure actuelle, lorsqu'il est tiré parallèlement à une surface, le ruban se détache non pas parce que les nanotubes de carbone se détachent de la surface, mais parce que les nanotubes eux-mêmes se brisent. Les chercheurs travaillent actuellement sur un certain nombre de façons de renforcer les nanotubes pour tirer parti de cette forte adhérence. Ils s'efforcent également de rendre la bande réutilisable des milliers de fois, plutôt que des dizaines de fois où elle peut être utilisée maintenant. Pour atteindre cet objectif, Dhinojwala et son équipe devront rendre le ruban autonettoyant, à la manière des pieds de gecko.

Pour commercialiser la bande, les chercheurs devront également fabriquer de plus gros morceaux de bande. Jusqu'à présent, ils n'ont fabriqué que des morceaux de ruban adhésif beaucoup plus petits qu'un centime.

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