Publié le 2025-10-21 20:18:00. Des chercheurs de l’Université d’État de Caroline du Nord ont développé une technique révolutionnaire d’impression 3D permettant de créer des « muscles magnétiques » ultrafins, ouvrant la voie à de nouvelles applications robotiques, notamment dans le domaine médical.
- Une nouvelle méthode d’impression 3D crée des « muscles magnétiques » souples et fins comme du papier.
- Ces actionneurs magnétiques peuvent être intégrés à des structures complexes comme l’origami pour induire le mouvement.
- Une application prometteuse concerne la livraison de médicaments ciblée dans le corps humain, de manière non invasive.
Grâce à l’infusion d’élastomères souples avec des particules ferromagnétiques, une équipe de l’Université d’État de Caroline du Nord est parvenue à imprimer en 3D des films magnétiques d’une finesse remarquable. Ces films, une fois appliqués sur des structures imprimées en 3D selon le principe de l’origami, agissent comme des muscles contrôlables par un champ magnétique externe. Contrairement aux actionneurs magnétiques traditionnels constitués de petits aimants rigides, cette nouvelle approche permet une intégration discrète sans compromettre la mobilité ou la surface de la structure robotique.
« L’avantage majeur réside dans la faible empreinte de ces aimants souples », explique Xiaomeng Fang, professeure adjointe au Wilson College of Textiles et auteure principale de l’étude publiée dans Advanced Functional Materials. « Plutôt que d’ajouter des composants rigides qui réduisent la surface utile d’un robot souple, nous pouvons imprimer un film fin directement sur les zones clés, le rendant presque indétectable. »
Les chercheurs ont notamment conçu un robot prototype destiné à l’administration de médicaments aux ulcères, basé sur un modèle d’origami de type Miura-Ori. Cette structure, connue pour sa capacité à se replier à partir d’une grande surface plane vers un volume réduit, se prête idéalement à cette application. Les « muscles » magnétiques sont fixés sur les différentes facettes de l’origami. Sous l’effet d’un champ magnétique, ils induisent l’ouverture de la structure pour atteindre la zone cible, l’ulcère, et s’y maintenir pour une libération contrôlée du traitement.
Les tests réalisés dans un estomac artificiel ont démontré l’efficacité du système. Le robot a pu être guidé à l’aide d’un magnétisme externe jusqu’à un ulcère simulé, où il s’est déployé pour administrer un médicament. Cette méthode permet une libération progressive et régulière sur la durée, offrant une procédure non invasive et sécurisée qui laisse les patients libres de leurs activités quotidiennes.
Les défis rencontrés lors des tentatives précédentes d’utilisation de particules ferromagnétiques dans des polymères souples concernaient souvent la capacité à intégrer une concentration suffisante de particules pour générer une force motrice adéquate. L’ajout de trop de particules rendait le matériau liquide trop sombre, absorbant la lumière UV nécessaire à sa solidification et empêchant un durcissement correct. Pour surmonter cet obstacle, l’équipe a incorporé une plaque chauffante sous la plateforme d’impression UV, permettant d’augmenter la concentration de particules ferromagnétiques dans le matériau.
« L’ajout de la plaque chauffante nous a permis d’utiliser une concentration de particules ferromagnétiques beaucoup plus élevée que d’habitude, ce qui a constitué une véritable avancée. Plus vous pouvez utiliser de particules, plus vous pouvez générer de force magnétique. »
Xiaomeng Fang, professeure adjointe, Wilson College of Textiles
Une deuxième application a été développée avec un autre robot origami Miura-Ori conçu pour la locomotion. L’application de champs magnétiques induit des contractions musculaires ciblées, provoquant un mouvement de « pas » : la partie avant du robot se soulève, la partie arrière se rapproche, et lorsqu’il reprend sa position initiale, le robot avance. Ce robot rampant est capable de franchir des obstacles allant jusqu’à 7 millimètres de haut. Sa vitesse et son adaptabilité à divers terrains, comme le sable, peuvent être ajustées en modulant l’intensité et la fréquence du champ magnétique.
« Ces deux prototypes démontrent le potentiel considérable des actionneurs magnétiques souples couplés aux structures origami en robotique », conclut Xiaomeng Fang. « Il existe une multitude de structures origami avec lesquelles ces muscles peuvent interagir, ouvrant des perspectives dans des domaines variés, de la biomédecine à l’exploration spatiale. Nous sommes impatients de continuer à explorer les applications possibles de cette technologie. »
Source :
Référence du journal :
Zhang, S., et al. (2025). 3D Printed Magnetoactive Soft Origami Actuators. Advanced Functional Materials. doi.org/10.1002/adfm.202516404