Le matériau inspiré de la peau de calmar change la donne

Le matériau inspiré de la peau de calmar change la donne

Alon Gorodetsky montre le matériau composite adaptatif de gestion de la chaleur développé par son laboratoire et surnommé d’après son inspiration : la peau de calmar. Crédit : Steve Zylius / UCI

Dans un laboratoire du bâtiment Calit2, Aleksandra Strzelecka ouvre un tiroir, en sort une petite feuille carrée et la tend à un visiteur. Le matériau brunâtre et caoutchouteux s’étire jusqu’à plus du double de sa taille d’origine.

“Il est très léger”, note Panyiming Liu, un autre étudiant diplômé de Strzelecka en génie chimique, et bien sûr, si quelqu’un se hasardait à deviner combien il pèse, zéro once serait une réponse raisonnable.

Ils présentent un matériau composite adaptatif de gestion de la chaleur qu’ils ont contribué à développer et qui porte le surnom de son inspiration : la peau de calmar.

La peau des céphalopodes permet à ces créatures de changer de couleur, et une invention de l’UCI basée sur celle-ci peut isoler les gobelets, les sacs à emporter des restaurants, les boîtes à colis et, si vous en avez assez de rouleaux, les conteneurs d’expédition.

Alon Gorodetsky, professeur agrégé de génie chimique et biomoléculaire dans le laboratoire duquel Liu et Strzelecka mènent des recherches, explique que l’idée de poursuivre les applications d’emballage est venue au plus fort de la pandémie de COVID-19, alors que nous étions si nombreux à commander des produits d’épicerie et des repas au restaurant pour la maison. livraison.

“Tout ce qui est périssable, tout ce qui a besoin d’une température contrôlée est livré avec une quantité incroyable d’emballage”, explique Gorodetsky. “L’application a été vraiment motivée par la réflexion sur ce problème fondamental car les emballages alimentaires sont très coûteux. Et le nombre de colis que tout le monde avait livrés à domicile a augmenté de plus d’un ordre de grandeur. Où va tout ça après ? être dans des décharges pendant des centaines d’années, en gros.”

Mais ce que les emballages alimentaires traditionnels ont à offrir, c’est la capacité de garder les articles chauds au chaud, les articles froids au froid et la coque extérieure assez neutre pour une manipulation facile. Ce qui nous ramène à l’humble calmar. L’expansion et la contraction des chromatophores dans la peau d’un calmar modifient la réflexion et la transmission de la lumière visible, et ces changements aident le céphalopode à communiquer et à camoufler son corps pour se cacher des prédateurs.

L’équipe de Gorodetsky a imité cette approche en permettant une “thermorégulation réglable” dans leur matériau, ce qui peut conduire à une meilleure efficacité énergétique et même protéger les doigts sensibles. Ceci est résumé dans “Scalable Manufacturing of Bioinspired Materials With Tunable Heat-Managing Properties”, l’article des chercheurs de l’UCI publié le 28 mars dans Durabilité naturelle.

La couche supérieure du matériau est en cuivre et la couche de support sous-jacente est un polymère caoutchouteux courant. “Le matériau composite peut être recyclé en vrac en éliminant le cuivre avec du vinaigre et en utilisant des méthodes commerciales établies pour réutiliser le polymère extensible restant”, explique Mohsin Badshah, auteur principal de l’article et ancien chercheur postdoctoral de l’UCI en génie chimique et biomoléculaire.

(Erica Leung, récemment diplômée de l’UCI avec un doctorat en génie chimique et biomoléculaire, est un autre co-auteur de l’étude.)

Montrant la peau de calmar dans le laboratoire, les co-auteurs Liu et Strzelecka expliquent comment l’équipe a atteint son objectif de fabriquer quelque chose non seulement recyclable mais non toxique, antibactérien et à très grande échelle, tout en conservant son étirement, sa résistance et sa capacité de régulation de la température.

Le coût était un autre facteur, ajoute Strzelecka. “Ce matériau était le meilleur choix pour le prix”, dit-elle. “Certaines alternatives utilisent de l’or ou de l’argent, mais en comparant les prix, notre approche est plus pratique pour les consommateurs mondiaux.”

Elle a ensuite sorti une tasse à café en papier avec une fine couche de matériau inspiré de la peau de calmar enroulée autour et maintenue par du velcro. “Vous pouvez l’étirer pour moduler la chaleur que vous voulez pour votre café”, a-t-elle déclaré. “L’une de nos expériences consistait à modifier la vitesse de refroidissement.”

“Avoir quelque chose que vous pouvez enrouler autour de votre tasse, comme du latex ou du Saran Wrap, vous permettrait de transformer presque n’importe quel récipient en thermos isolé”, explique Gorodetsky. “Mais en étant également capable d’étirer le matériau, vous pouvez l’ajuster à vos besoins. Peut-être que vous aimez votre café brûlant, mais quelqu’un d’autre l’aime chaud ou tiède.”

Il y a évidemment beaucoup d’intérêt à pouvoir le faire, d’après les nombreux médias qui ont rendu compte de la Durabilité naturelle papier, pas que l’attention ait surpris Gorodetsky. “Le sujet est très actuel”, dit-il. “L’emballage durable n’est qu’une des choses auxquelles les gens pensent beaucoup. Il y a eu des articles de presse sur la façon dont Starbucks essaie de se débarrasser de la tasse à café jetable depuis des années parce que c’est un fléau environnemental.

“Ce qui m’a surpris, c’est l’intérêt international. Il y a beaucoup de choses concernant les politiques de durabilité qui se passent dans des endroits comme l’Italie, l’Allemagne et la France. Je suppose que cela signifie que l’Europe est peut-être un peu plus avant-gardiste que nous en termes de recyclage et impact environnemental.”

Ce qui excite également Gorodetsky, c’est l’intérêt de l’industrie pour les matériaux inspirés de la peau de calmar. “En ce qui concerne la manière dont nous pouvons faire avancer les choses, certaines entreprises ont contacté Beall Applied Innovation”, a-t-il déclaré. “C’est parce que nous avons une propriété intellectuelle sécurisée par BAI. C’est là que je veux donner crédit à la DARPA, qui nous a poussés vers la traduction.”

Il fait référence à la Defense Advanced Research Projects Agency, qui développe des technologies émergentes pour l’armée et une éventuelle adaptation pour un usage grand public. Les drones, les ordinateurs personnels, Internet, l’activation vocale et le vaccin COVID-19 de Moderna font partie des innovations pour lesquelles la DARPA peut revendiquer au moins un crédit partiel.

“Ils pensent très largement, ce qui est agréable à voir”, déclare Gorodetsky, dont le laboratoire bénéficie de l’initiative Embedded Entrepreneurship de la DARPA, qui accélère les innovations transformationnelles des produits grâce au financement, au mentorat et à la mise en relation des scientifiques et des ingénieurs avec les investisseurs et les entreprises partenaires.

“Ils produisent des technologies qui ont le potentiel de créer des industries entièrement nouvelles, de bouleverser les marchés existants, d’établir un avantage militaire et de créer un changement sociétal durable”, lit une explication des bénéficiaires de l’initiative sur le site Web de la DARPA. “Pourtant, l’impact est considérablement ralenti par un manque de compétences entrepreneuriales fondamentales et une compréhension insuffisante de la dynamique du marché du secteur privé. L’initiative d’entrepreneuriat intégré comble ces lacunes dans les connaissances en renforçant les équipes de recherche scientifique avec une expertise commerciale essentielle.”

“Nous avons été en contact avec diverses entreprises et leur avons parlé de l’utilisation de certaines de nos technologies”, explique Gorodetsky. “Avoir ce savoir-faire DARPA impliqué dans le processus est incroyable. Il y a littéralement un entrepreneur soutenu par DARPA intégré dans mon laboratoire pour travailler avec mes étudiants pour essayer de traduire cette technologie en produits.”

Non pas que cela ait été facile : le matériau inspiré de la peau de calmar a dû rivaliser avec d’autres projets pour être sélectionné.

“Le programme EEI a un peu plus de 2 ans et il est tellement unique”, déclare Gorodetsky. “Nous avons eu beaucoup de chance d’être récompensés. Le processus de sélection doit être époustouflant à cause de toutes les technologies futuristes que DARPA voit. Ensuite, ils disent:” Eh bien, ce sont celles que nous pensons être les plus prometteuses. C’est très gratifiant car cela nous montre tout le chemin parcouru en seulement quelques années après être partis d’un simple concept sur papier.”

Le matériau inspiré de la peau de calmar peut être produit pour 10 cents le mètre carré, selon la partie analyse des coûts du document Nature Sustainability. Cela le rendrait à peu près aussi abordable qu’une couverture spatiale. “Nous sommes bien dans la gamme pour ces types de tôles métallisées fabriquées sur un équipement standard”, déclare Gorodetsky. “Nous sommes un peu plus haut de gamme, mais à toutes fins pratiques, c’est essentiellement le même coût que de fabriquer l’intérieur d’un sac de croustilles.”

La course de la recherche au placement dans les rayons des consommateurs n’est pas terminée. “Ce que l’entrepreneur intégré fait maintenant nous aide à déterminer ce qui sera un produit commercialisable et commercialement viable”, déclare Gorodetsky. “Nous pouvons même créer un prototype de ce produit. Parce qu’il y a tellement d’applications différentes, vous en choisissez une et vous vous démarquez.

“L’exemple de la tasse à café est une démonstration intéressante, mais ce n’est peut-être pas l’application la plus viable commercialement sans beaucoup plus de travail. C’est pourquoi vous avez quelqu’un qui a une expérience commerciale réelle. Quelqu’un qui vous dira ce qui est quoi.”

Ce qui compte pour son laboratoire, c’est beaucoup plus de développement de produits – une fois que le produit exact est connu – et de résolution de problèmes de fabrication supplémentaires.

“Chaque fois que vous mettez à l’échelle quelque chose, c’est un projet de recherche entièrement nouveau”, déclare Gorodetsky. “Nous voulons faire des rouleaux de ce truc ensuite. C’est un défi d’ingénierie incroyable.”

Ensuite, il est possible que des modifications soient ajoutées en cours de route, telles que la mise en place de capteurs à l’intérieur du matériau ou l’ajout de capacités d’auto-réparation. “Il y a beaucoup de cloches et de sifflets que vous pouvez ajouter”, dit Gorodetsky. “Mais chaque fois que vous changez quelque chose, cela devient un tout nouveau projet.”

Quoi qu’il en soit, UCI détiendrait le brevet d’un matériau précieux dont les utilisations futures semblent infinies. En ce qui concerne le fait que le laboratoire de Gorodetsky reçoive des bénéfices, il soumet humblement : “Si nous obtenons quelque chose, ce sera un tout petit peu. Et j’en serai heureux. C’est un projet amusant et amusant.”

Et enrichissant, selon Strzelecka, co-auteur pour la première fois.

“Ce qui est intéressant, c’est que les mesures que nous avons faites ont été complètement validées par les calculs théoriques, ce qui nous dit que la physique derrière l’idée est vraiment solide”, dit-elle. “C’est une très bonne motivation pour nous de faire plus d’études.”


La tasse confortable inspirée de la peau de calmar gardera vos mains au frais et votre café au chaud


Plus d’information:
Mohsin Ali Badshah et al, Fabrication évolutive de matériaux d’emballage durables avec thermorégulabilité réglable, Durabilité naturelle (2022). DOI : 10.1038/s41893-022-00847-2

Fourni par l’Université de Californie, Irvine

Citation: Le matériel inspiré de la peau de calmar change la donne (27 juin 2022) récupéré le 27 juin 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-06-squid-skininspired-material-game-changer.html

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