Un nouvel actionneur hydrogel permet aux robots souples de se déplacer sur des terrains accidentés

Le groupe Smart Polymer Materials dirigé par le professeur Chen Tao de l’Institut de technologie et d’ingénierie des matériaux de Ningbo (NIMTE) de l’Académie chinoise des sciences (CAS), en coopération avec le professeur Zheng Yinfei de l’Université du Zhejiang, a développé un hydrogel robot souple à déformation adaptative qui peut réaliser une locomotion hors route multidimensionnelle sur des terrains naturels.

Ce travail a été publié dans Recherche.

En tant que processus d’évolution naturelle, les organismes ont atteint une locomotion polyvalente, telle que marcher, ramper et nager pour s’adapter aux changements de leur environnement externe. En tant que candidat idéal pour un matériau biomimétique, l’hydrogel peut générer diverses formes biomimétiques en raison de son excellente auto-déformation et de ses propriétés mécaniques similaires aux tissus mous. Cependant, l’activation de cette déformation in situ pour s’attaquer à la locomotion autonome et actionner plusieurs tâches reste un défi.

Inspirée de l’auto-croissance et de l’évolution d’organismes vivants tels que les chenilles, une couche d’hydrogel photothermique contenant du Fe₃O₄ des nanoparticules ont été cultivées à la surface d’une éponge de poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAm) isotrope, formant ainsi une structure bicouche anisotrope par polymérisation par diffusion interfaciale.

Lors de l’irradiation lumineuse programmée dans le proche infrarouge, les configurations anisotropes de l’hydrogel bicouche ont été reconfigurées et réassemblées pour s’adapter aux changements des environnements externes, présentant plusieurs degrés de déformation et diverses formes.

En vertu d’une déformation spatialement programmée, un verrouillage à mortaise et tenon s’est formé dynamiquement via l’interaction entre l’auto-déformation et les terrains accidentés, lorsque l’actionneur d’hydrogel s’est plié ou récupéré. Ainsi, l’actionneur d’hydrogel peut imiter le rampement des chenilles pour générer une propulsion périodique, réalisant une locomotion hors route sur divers substrats rugueux artificiels et terrains sablonneux naturels.

Bénéficiant de la déformation adaptative, l’actionneur hydrogel rampable a changé son volume et son mode de rampement avec la synergie de chaque tentacule, s’adaptant ainsi aux terrains complexes comprenant un col de montagne, une vallée et une crête.

Sur la base de l’assemblage de plusieurs moteurs hydrogel, même une cargaison statique était activée et pouvait ramper sur le substrat rugueux 2D ou franchir des terrains sablonneux complexes.

Cette stratégie est une avancée pour la conception et le développement de robots mous, de matériaux déformables et de dispositifs biomimétiques.