Bien que le papier ne soit pas exactement un matériau intelligent, il pourrait le devenir un jour s’il est recouvert d’un nouveau type de métal liquide. Cet alliage liquide a le potentiel de transformer le papier et d’autres matériaux en gadgets capables de faire certaines choses par eux-mêmes.
Le métal liquide est déjà utilisé dans les objets intelligents comme les circuits et les capteurs portables, mais pas comme revêtement. Inspirée par l’origami, une équipe de scientifiques dirigée par Bo Yuan de l’Université Tsinghua en Chine a trouvé un moyen de formuler du métal liquide et de l’appliquer avec un tampon pour qu’il adhère au papier sans adhésif, ce qui n’avait jamais été possible auparavant. Dans une étude récemment publiée dans Cell Reports Physical Science, les scientifiques ont montré que le papier recouvert de métal peut être façonné en formes d’origami et se replier. Le revêtement métallique conduit également la chaleur et l’électricité. C’est comme de la magie. Presque.
Un alliage collant
Parce que les particules de métal liquide ont tendance à rester si proches les unes des autres, il est difficile de le faire adhérer à n’importe quelle surface sans quelque chose qui agit comme de la colle. Mais ces adhésifs ont généralement un effet négatif sur les propriétés du métal, telles que sa conductivité. Yuan et son équipe voulaient un métal liquide qui pourrait coller au papier sans adhésif. Ils ont utilisé un alliage de bismuth, d’indium et d’oxyde d’étain (BiInSn) et ont testé ses performances à côté d’un alliage indium/gallium (eGaIn).
BiInSn s’est avéré plus efficace. Contrairement à eGaIn, il ne s’oxyde pas lorsqu’il est exposé à l’air, donc son adhérence à une surface ne dépend pas du film d’oxyde qui se forme sur le métal. BiInSn est un solide à température ambiante et a un point de fusion plus élevé, il n’y a donc aucun risque qu’il se liquéfie à des températures inférieures à 62° Celsius (environ 144° Fahrenheit). Il est également capable d’une adhérence plus forte. Cependant, obtenir une adhérence optimale avec BiInSn a nécessité des essais et des erreurs.
« Nous devions garantir que l’adhérence du métal liquide soit uniforme à grande échelle sur différents papiers et maintenir la stabilité du revêtement », a déclaré Yuan à Ars Technica dans une interview par e-mail. « Pour résoudre ces problèmes, nous avons modifié la pression appliquée sur le tampon ainsi que la vitesse de frottement utilisée dans les expériences et avons finalement trouvé les paramètres les plus appropriés, ce qui a finalement permis d’obtenir une adhérence rapide, à grande échelle et stable. »
Les chercheurs ont essayé de l’estamper sur du papier avec différentes pressions et ont découvert qu’il n’en fallait pas beaucoup pour qu’il reste en place. Ils ont ensuite créé un cube en origami à partir du papier métallisé, ce qui nécessitait que les bords adhèrent les uns aux autres sans aucun autre liant. Ils ont même vu que lorsque ce carré était déplié, le papier couché pouvait se replier dans sa forme d’origine. Parce que le revêtement métallique était auto-adhésif, les bords qui avaient été dépliés s’attiraient jusqu’à ce que le papier redevienne un cube. Une autre forme qu’ils ont essayée était un ressort qui pouvait être étiré ou comprimé et resterait quelque soit l’ajustement.
Il était également possible pour l’équipe de construire des structures 3D à partir de morceaux individuels de papier plat recouvert de métal. Ces structures pourraient conserver leur forme sans s’effondrer, et le revêtement pourrait simplement être décollé par la suite sans affecter les propriétés de son substrat en papier de quelque manière que ce soit. Le revêtement, qui lui aussi ne perdait aucune de ses propriétés, pouvait être recyclé et réutilisé. Le papier est redevenu du papier.
Prochaines étapes
Yuan pense que l’auto-adhésion à travers le métal liquide est un avantage, car si cela peut être fait avec du papier, cela pourrait être fait avec d’autres matériaux fins et légers pour créer des objets intelligents et des robots mous qui peuvent s’intégrer dans des espaces restreints. La prochaine chose qu’il veut accomplir est de trouver un revêtement où le métal ne se décolle pas une fois solidifié. Il envisage de tester un spray de peinture bio-friendly pour protéger le revêtement dans des matériaux qui pourraient éventuellement être utilisés comme emballage (les boîtes pourraient s’ouvrir et se fermer comme le cube de papier dans l’expérience), sur la peau humaine (les bandages se détacheraient sans douleur sans colle ), sous l’eau, et même dans des conditions observées sur d’autres planètes et lunes.
Cette substance pourrait éventuellement être un atout pour les robots mous dans des environnements extraterrestres. Certains robots mous peuvent déjà explorer les profondeurs de l’océan où la pression est trop élevée pour les humains et les fissures et les crevasses trop petites pour les plus grosses machines. Des robots mous sont conçus avec un œil sur les tunnels souterrains sur Mars et d’autres corps dans l’espace. Des robots souples autonomes, minces et flexibles, pourraient s’aventurer dans des endroits où les grands rovers ne peuvent pas s’adapter ou naviguer en toute sécurité, et l’auto-adhérence du revêtement de métal liquide leur permettrait de se plier et de se déplier par eux-mêmes.
« En utilisant notre méthode, on peut rapidement créer des matériaux intelligents avec une bonne conductivité thermique et électrique ainsi qu’une capacité de rigidité réglable, ce qui élargit considérablement les options de matériaux pour les robots mous », a déclaré Yuan dans l’interview. « Je pense que cette méthode peut fournir une nouvelle voie pour concevoir des explorateurs spatiaux. »
Cell Reports Physical Science, 2023. DOI : 10.1016/j.xcrp.2023.101419 (À propos des DOI).
Elizabeth Rayne est une créature qui écrit. Son travail est apparu sur SYFY WIRE, Space.com, Live Science, Grunge, Den of Geek et Forbidden Futures. Lorsqu’elle n’écrit pas, elle change de forme, dessine ou fait du cosplay en tant que personnage dont personne n’a jamais entendu parler. Suivez-la sur Twitter @quothravenrayne.