Nouveau procédé de fabrication pour les polymères électroactifs

Des muscles artificiels sprayés

5 avr. 2016 | MARTINA PETER
Des chercheurs de l’Empa et de l’Université de Bâle ont développé un nouveau procédé electrospray qui permet de produire les muscles artificiels avec des feuillets de silicone d’une épaisseur nanométrique. Comme leurs muscles artificiels fonctionnent avec de très faibles tensions électriques, ils pourraient à l’avenir s’utiliser dans le domaine médical pour le traitement de l’incontinence.
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Pour le développement de leurs muscles artificiels, les scientifiques de l’Empa ont expérimenté un procédé d’électronébulisation utilisant du courant alternatif au lieu de courant continu

Les polymères élastiques qui sont capables de transformer l’énergie électrique en travail mécanique – appelés polymères électroactif (PEA) – ont de nombreuses possibilités d’applications: entrainement d’essuie-glaces, générateurs de sons ou encore objectifs autofocus pour des caméras. De telles lentilles autofocus sont, par exemple, déjà commercialisées avec succès par la firme Optotune, une spin-off de l’EPF de Zurich et de l’Empa. Le principe reste toujours le même: le polymère est relié à des électrodes qui, lorsqu’elles sont sous tension, produisent un champ électrique qui provoque l’extension du polymère. Une fois la tension supprimée, le polymère se rétracte à nouveau. Des chercheurs de l’Université de Bâle et de l’Empa ont maintenant développé dans leur projet «SmartSphincter», réalisé dans le cadre du programme de recherche suisse NanoTera, des muscles artificiels pour le traitement de l'incontinence.

Pour fonctionner efficacement, les couches de silicone d’une épaisseur de plusieurs micromètres des utilisations courantes demandent des tensions de plusieurs centaines de volts; des tensions qui sont beaucoup trop élevées pour des applications dans le corps humain. Les couches de quelques nanomètres ne demandent par contre que quelques vols seulement. Comme avec ces films minces, la force résultante est faible, il faut superposer des milliers de couches pour produire une force suffisamment grande

Revêtement appliqué par electrospray

Les méthodes de production courantes ne permettent toutefois pas de produire de telles structures. Les équipes de Bert Müller du «Biomaterials Science Center» de l’Université de Bâle de de Gabor Kovacs du laboratoire «Mechanical Systems Engineering» de l’Empa ont développé un procédé qui permet de produire des couches de silicone d’une épaisseur bien inférieure au micromètre. Ces couches sont en outre extrêmement lisses: leur rugosité superficielle est inférieure à un nanomètre.


Dans les laboratoires de l’Empa, ces couches silicone ont été électronubélisées sous haute tension à partir d’une solution de molécules de silicone, procédé aussi connu sous le nom d’electrospray. Normalement l’électronébulisation s’effectue avec un courant continu, mais pour le développement de leurs muscles artificiels, les chercheurs ont expérimenté avec du courant alternatif. Les couches de silicone ainsi obtenues peuvent être empilées par milliers pour former des muscles artificiels qui fonctionnent déjà avec une tension de 40 volts seulement. Une tension qui correspond environ à celle d’une batterie-bouton usuelle. Ces chercheurs espèrent que cette technologie va pouvoir être bientôt utilisée pour le traitement de l’incontinence.


Cette méthode relativement simple et parfaitement adaptée à une production industrielle possède un potentiel énorme pour la production de muscles artificiels que l’on pourrait utiliser, par exemple, pour actionner des essuie-glaces. Gabor Kovacs travaille aussi dans une autre spin-off de l’Empa, «Compliant Transducer Systems», sur des muscles artificiels adaptés à une production industrielle. L’objectif de Kovacs est d’arriver à produire des actuateurs polymères bon marché à des millions d’exemplaires; par exemple pour les voitures où ils pourraient s’utiliser pour actionner des clapets ou pour orienter les rétroviseurs et les phares ou encore en automation industrielle pour actionner des pinces, des commutateurs ou des soupapes.

 

Informations

Dr. Gabor Kovacs
Empa, Mechanical Systems Engineering
Tél. +41 58 765 40 63

Prof. Dr. Bert Müller
Universität Basel, Biomaterials Science Center
Tél. +41 61 207 54 31

 

Contact médias

Martina Peter
Empa, Communication
Tel. +41 58 765 49 97


Bibliographie

Electrospraying Nanometer-Thin Elastomer Films for Low-Voltage Dielectric Actuators, FM Weiss, T Töpper, B Osmani, S Peters, G Kovacs, B Müller, Adv Electr Mat (2016), doi: 10.1002/aelm.201500476
 

Thin Film Formation and Morphology of Electro-sprayed Polydimethylsiloxane, FM Weiss, T Töpper, B Osmani, H Deyhle, G Kovacs, B Müller, Langmuir (2016), doi: 10.1021/acs.langmuir.6b00476
 

Artificial Muscle Devices: Innovations and Prospects for Fecal Incontinence Treatment, E Fattorini, T Brusa, C Gingert, SE Hieber, V Leung, B Osmani, MD Dominietto, P Büchler, F Hetzer, B Müller, Annals Biomed Engin (2016), doi: 10.1007/s10439-016-1572-z


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