Baromorphe

Baromorphes : des métamorphoses gonflées inspirées du vivant

Emmanuel Siéfert, Etienne Reyssat, José Bico, Benoît Roman

(paru dans Nature Materials).

Notre équipe a mis au point un nouveau type de matériau architecturé capable de changer de forme continûment en s’inspirant du développement des êtres vivants. Ces objets que nous avons appelés baromorphes permettront de concevoir des robots souples capables de se métamorphoser, avec des applications potentielles par exemple dans des équipements médicaux ou sportifs.

Nous pouvons aisément courber une feuille de papier en un tube cylindrique ou en un cornet de frites conique. Il est en revanche impossible de courber cette feuille simultanément dans deux directions sans la froisser. Il n’est ainsi pas question de réaliser une calotte sphérique lisse.

Pourtant la nature regorge de structures qui, bien qu’initialement planes, adoptent des formes tridimensionnelles complexes lors de leur croissance. C’est par exemple le cas pour une feuille de laitue. Le secret de ces circonvolutions : certaines régions de la feuille grandissent plus vite que les autres.

Nos baromorphes miment cette croissance biologique : la plaque d’élastomère, qui contient un réseau de canaux d’air, « croît » de manière inhomogène par l’intermédiaire du gonflement local des canaux, soumis à une pression. Ces canaux se dilatent beaucoup plus selon leur section que dans leur longueur. Une telle croissance étant incompatible avec la géométrie plane, l’objet dans son ensemble adopte alors une forme tridimensionnelle.

Cela permet donc de créer des objets souples, capable de changer de forme de manière réversible et dynamique. Dans cet exemple « d’intelligence matérielle », l’information est « codée » dans le réseau de canaux.

Le problème du cartographe, ou comment transformer un plan en calotte sphérique:

Un baromorphe programmé pour former une forme de selle de cheval:

Un baromorphe programmé pour former un masque:

Ces résultats ouvrent de grandes possibilités d’application dans le domaine de la robotique souple qui est en plein essor actuellement : robots-sauveteurs capables de se faufiler dans des environnements étroits; robots chirurgicaux permettant manipulations et opérations à partir d’une incision minimale; dispositifs de maintien corporel souples et réglables ; structures déployables pour le spatial ; etc…

En parallèle de la publication, une demande de brevet a ainsi été déposée.

Les baromorphe peuvent changer de forme rapidement: (video en temps réel)