L’instabilité des solides mous au service de l’impression 4D
L’impression vise une quatrième dimension. La science se penche en effet sur la conception d’objets programmés pour changer de forme avec le temps. Pasquale Ciarletta, chargé de recherche CNRS, affecté à l’Institut Jean Le Rond d’Alembert et professeur à l’université Polytechnique de Milan, s’est attaqué à un verrou technologique majeur de ce domaine en proposant un modèle mathématique du plissement des solides mous. Ces travaux sont publiés dans Nature Communications.
L’impression 3D a démocratisé la conception d’objets de plus en plus complexes avec une résolution sans cesse améliorée. Le passage à la 4D constitue la prochaine étape, c’est-à-dire d’obtenir des artéfacts malléables à l’extrême dont on contrôle la déformation par des stimulations externes. Ces systèmes demandent de bien comprendre le comportement des réseaux de plis, un phénomène que l’on retrouve par exemple avec la formation de rides d’expression lorsque les muscles du visage se contractent.
Pasquale Ciarletta, chargé de recherche CNRS, affecté à l’Institut Jean Le Rond d’Alembert (CNRS/Sorbonne Université) et professeur à l’université Polytechnique de Milan, a présenté pour cela le tout premier modèle mathématique de cette typique instabilité des solides mous. Il permet en particulier de prédire le seuil d’instabilité à partir duquel les plis se forment, un moment difficile à étudier car les déformations y sont extrêmement fortes et localisées, contrairement aux modèles classiques d’instabilité. Cette découverte s’applique à tous les matériaux souples dont la loi d’élasticité n’est pas linéaire. Tous les solides mous pourront donc être utilisés pour l’impression 4D.
Ces travaux théoriques ouvrent la voie à des manipulations d’objets à l’échelle du millionième de centimètre. Ces changements de forme permettraient de contrôler des circuits électroniques intégrés flexibles, de concevoir des capteurs environnementaux et médicaux à faible coût, ainsi que des micropuces capables d’enfermer et de libérer des molécules sur commande.
© P.Ciarletta
Un bloc fait d'un hydrogel mou (a) est comprimé en appliquant une pression entre les doigts (b). On observe l’apparition soudaine d’un plissement de surface (flèche blanche) lorsqu’une compression critique est exercée.
Références :
Matched asymptotic solution for crease nucleation in soft solids, P.Ciarletta
Nature Communications, volume 9, Article number: 496 (2018)
DOI : 10.1038/s41467-018-02979-6
https://www.nature.com/articles/s41467-018-02979-6