Un muscle artificiel fait de nanotubes de carbone

muscle-articiel-aerogelDes chercheurs ont créé un muscle artificiel fait de nanotubes de carbone formant des feuillets d’aérogel aux propriétés super-élastiques, plus résistant que l’acier et léger comme l’air.

Un nouveau matériau fait de paquets de nanotubes de carbone combinant toutes ces propriétés et se comportant comme un muscle squelettique normal a été élaboré par les chercheurs de l’Université de Texas (Dallas, Etats-Unis). Les travaux sont publiés dans le dernier numéro de la revue scientifique Science.

Ce muscle artificiel est fait d’aérogel, un matériau très léger, de consistance spongieuse et rempli d’air, faits de nanotubes de carbone adoptant la forme de longs rubans.

En appliquant un courant sur la largeur de ce muscle artificiel, les rubans de nanotubes se chargent électriquement. Les rubans se repoussent alors les uns les autres et la fibre peut se distendre latéralement jusqu’à trois fois son épaisseur de base en l’espace d’un instant.

Ces muscles sont remarquablement rapides.

déclarent Ray Baughman, chercheur à l’université du Texas et investigateur principal de l’étude.

Les muscle artificiel peut se distendre 4000 fois plus vite que le muscle naturel, continue Ray Baughman. Il peut être mis en marche et arrêté jusqu’à 1000 fois par seconde sans la moindre détérioration. (voir la vidéo).

Appliquer un courant sur la longueur du muscle provoque un tout autre effet. Le courant déclenche la contraction de la structure de nanotubes, en faisant un matériau plus dense et très rigide (voir l’animation vidéo). Ce nanotube aérogel est, poids pour poids, plus résistant que l’acier.

« Ce qui nous impressionne dans ces rubans, c’est la différence incroyable de rigidité en fonction de l’axe considéré, »

déclare John Madden, un scientifique des matériaux de l’Université de Colombie Britannique (Vancouveur, Canada).

« Ils sont peut être un million de fois plus rigide dans une direction que dans les deux autres. Imaginez la sensation d’un matériau qui serait un diamant dans un sens et un caoutchouc dans les deux autres. »

Une autre propriété de ces muscles enthousiasment les chercheurs: leur habilité à résister aux températures extrêmes. Ils gardent leurs propriétés à des températures aussi basses -193ºC et aussi élevées que 1627ºC et Baughman ne pense pas que ces températures soient les limites, ce sont les mesures qui ont été possible au laboratoire.

Pour John Madden, ces muscles pourraient donc très bien être utilisés dans des conditions extrêmes comme le froid de l’espace ou la chaleur d’une chambre de combustion.

« Il n’existe pas à ma connaissance de muscle artificiel pouvant opérer à des températures aussi extrêmes. »

ajoute-t-il.

Ce nouveau matériau a aussi des propriétés optiques intéressantes, il peut en effet diffracter la lumière vers une direction perpendiculaire à l’alignement des nanotubes et peut aussi être modulé à différentes fréquences.

Il y a tout de même un compartiment dans lequel ce muscle artificiel fait moins bien que le muscle naturel, le travail accompli par cycle. Alors que le muscle naturel accompli un travail de 40 J/kg, le muscle artificiel ne fait pas mieux que 30 J/kg.

Ces travaux ouvrent des perspectives très intéressantes dans la mise au point de membres artificiels ou futurs robots. Les auteurs voient aussi, compte tenu de toutes les propriétés de ce matériau, quantité d’autres possibilités comme la fabrication de cellules solaires, d’écrans organiques émetteurs de lumière ou encore à l’émission d’électrons à froid.


Article original: Giant-Stroke, Superelastic Carbon Nanotube Aerogel Muscles
Auteurs: Ali E. Aliev, Jiyoung Oh, Mikhail E. Kozlov, Alexander A. Kuznetsov, Shaoli Fang, Alexandre F. Fonseca, Raquel Ovalle, Márcio D. Lima, Mohammad H. Haque, Yuri N. Gartstein, Mei Zhang, Anvar A. Zakhidov, Ray H. Baughman
Journal de publication: Science

Source: Nature news

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