image: Image of a press compressing magnetic metamaterials.
Credit: UC3M
Une équipe de scientifiques de l’Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) et de l’université de Harvard, aux États-Unis, a démontré expérimentalement qu’il est possible de reprogrammer la forme et le comportement structurel de matériaux artificiels innovants aux propriétés électromagnétiques, connus sous le nom de métamatériaux, sans qu’il ne soit nécessaire de modifier leur composition. Cette technologie ouvre la voie à des innovations dans des domaines tels que la biomédecine et la robotique douce, entre autres.
L’étude, récemment publiée dans la revue Advanced Materials, explique comment reprogrammer ces métamatériaux mécaniques en utilisant des aimants flexibles répartis dans leur structure. «Ce qui est innovant dans notre proposition, c’est l’incorporation de petits aimants flexibles intégrés dans une matrice rhomboïdale rotative qui permet de modifier la rigidité et la capacité d’absorption d’énergie de la structure en changeant simplement la distribution de ces aimants ou en appliquant un champ magnétique externe. Cela confère des propriétés uniques qui ne sont pas présentes dans les matériaux conventionnels ou dans la nature. Lorsque nous concevons de nouveaux matériaux, nous avons tendance à nous concentrer sur leur composition chimique et leur microstructure, mais avec les métamatériaux, nous pouvons également jouer avec leur géométrie interne et leur disposition spatiale», explique l’un des auteurs de l’étude, Daniel García-González, du département de mécanique des milieux continus et de théorie des structures de l’UC3M.
Cette avancée constitue un pas important vers la création de structures mécaniques reconfigurables, utiles dans des secteurs tels que la robotique, la protection contre les impacts ou l’ingénierie aérospatiale. Selon les chercheurs, les applications de ce type de métastructures sont pratiquement infinies. «Des structures de protection contre les impacts, des composants adaptatifs dans la robotique douce aux systèmes d’amortissement intelligents dans les exosquelettes. Dans le domaine du sport, elles pourraient être utilisées pour modifier la réponse mécanique d’une semelle de sport grâce aux interactions des éléments qui y sont incorporés, en rendant certaines zones plus flexibles ou plus rigides pour améliorer la foulée d’une personne ou d’un coureur. Des possibilités innovantes s’ouvrent également dans le domaine de la biomédecine. Par exemple, nous pourrions introduire des modifications de ces structures dans un vaisseau sanguin obstrué et, par l’application d’un champ magnétique externe, étendre la matrice pour réussir à le désobstruer», souligne un autre chercheur, Josué Aranda Ruiz, du département de mécanique des milieux continus et de théorie des structures de l’UC3M.
Pour réaliser cette étude, les chercheurs de l’UC3M et de Harvard ont combiné l’identification et la caractérisation de différents matériaux avec l’analyse de leur comportement en fonction des orientations magnétiques. À cette fin, ils ont étudié comment l’orientation, l’aimantation rémanente et la rigidité des aimants affectent les réponses statiques et dynamiques du métamatériau, démontrant qu’une réorientation prudente permet d’ajuster leur comportement de manière significative. Ils ont ensuite analysé leur intégration dans des structures plus grandes pour des tests d’impact dynamiques.
«En modifiant la position des aimants pour moduler l’interaction magnétique entre eux, nous pouvons obtenir des comportements complètement différents dans le matériau», ajoute un autre des auteurs de l’étude, Carlos Pérez García, également du département de mécanique des milieux continus et de théorie des structures de l’UC3M.
Ce travail de recherche a été développé avec le soutien du ministère de la Science et de l’Innovation (MCIN/AEI/10.13039/501100011033), ainsi que du projet 4D-BIOMAP du Conseil européen de la recherche (CER) du programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’Union européenne (GA947723). Il fait de plus partie des travaux d’innovation développés pour le transfert de technologie en robotique douce avec la société Monodon (Navantia).
Référence bibliographique: C. Perez-Garcia, R. Zaera, J. Aranda-Ruiz, G. Bordiga, G. Risso, M. L. Lopez-Donaire, K. Bertoldi, D. Garcia-Gonzalez (2025). Reprogrammable Mechanical Metamaterials via Passive and Active Magnetic Interactions. Adv. Mater. 2412353. https://doi.org/10.1002/adma.202412353
Vidéo: https://youtu.be/w4mOet_RevI