Des panneaux minces dotés de cellules pneumatiques gonflables permettent de plier les structures plates de la manière souhaitée

Rapport du 28 août 2023

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par Bob Yirka , Tech Xplore

Un trio de scientifiques en matériaux de Sorbonne Université a développé une nouvelle approche pour créer des types de panneaux minces qui peuvent être transformés en objets 3D incurvés sans avoir recours au froissement ou à la découpe. Dans leur étude, rapportée dans la revue Science, Tian Gao, José Bico et Benoît Roman se sont inspirés de la transformation des feuilles et des pétales des plantes pour créer un matériau similaire destiné à de nouvelles applications.

Des efforts d'ingénierie antérieurs ont montré qu'il est possible de fabriquer des produits tridimensionnels en commençant par un morceau de matériau plat. La raison en est généralement de permettre un transport plus facile. Les boîtes en carton prennent beaucoup moins de place une fois aplaties par exemple. Les ingénieurs en robotique ont découvert l’utilité de ces matériaux, tout comme les scientifiques qui cherchent à envoyer des sondes dans l’espace. Cependant, la création de tels matériaux implique de surmonter un obstacle majeur.

Si vous regardez une carte plate de la Terre, par exemple, les continents semblent déformés, car ils ont été aplatis à partir d'une sphère. Comme le notent les chercheurs, les tentatives visant à forger des produits tridimensionnels à partir d’un objet plat nécessitent généralement un froissement ou une découpe. Ils ont cherché à surmonter ce problème avec une nouvelle approche fondée sur leurs observations du fonctionnement des cellules bulliformes dans les plantes.

À titre d’exemple, les feuilles des plants de maïs peuvent s’ouvrir et se fermer en fonction des conditions météorologiques : elles le font en gonflant des cellules bulliformes à l’aide de la pression d’un liquide. Pour recréer cette capacité dans un matériau fabriqué, l'équipe a créé ce qu'elle décrit comme une structure de transformation de forme basée sur des cellules gaussiennes.

Pour créer leur modèle, l’équipe a imprimé en 3D des canaux trapézoïdaux gonflables à l’intérieur d’un panneau plat. Il a ensuite été pris en sandwich entre deux couches de matériau hermétique. Au fur et à mesure que l'air était pompé dans la partie centrale du sandwich, les surfaces planes au-dessus et en dessous étaient poussées et étirées pour prendre de nouvelles formes avec des courbures gaussiennes uniques. En modifiant la taille et la forme des trapèzes, les chercheurs ont pu modifier les formes 3D qu'ils pouvaient former.

Plus d'information: Tian Gao et al, Cellules pneumatiques vers un morphing gaussien absolu, Science (2023). DOI : 10.1126/science.adi2997

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