Publié le 24 octobre 2025 09:03:00. Des chercheurs de l’Université de Waterloo ont mis au point une nouvelle génération de « muscles artificiels » pour robots, capables de renforcer considérablement les matériaux souples et d’offrir une alternative légère et performante aux moteurs traditionnels.
- Les élastomères à cristaux liquides (LCE) ont été améliorés grâce à l’ajout de cristaux liquides, augmentant leur rigidité et leur résistance jusqu’à neuf fois.
- Ces nouveaux matériaux peuvent soulever des charges jusqu’à 2 000 fois leur propre poids lorsqu’ils sont chauffés, surpassant la performance des muscles de mammifères.
- Cette avancée ouvre la voie à des robots plus agiles et plus sûrs, notamment dans le domaine de la micro-robotique médicale et de la collaboration homme-machine.
Les robots souples, conçus pour interagir en toute sécurité avec les humains, souffrent encore de la faiblesse des matériaux utilisés pour leurs composants moteurs. Une équipe internationale, menée par l’Université de Waterloo, a résolu ce problème en intégrant des cristaux liquides (LC) – une technologie couramment employée dans les écrans d’appareils électroniques – dans des élastomères à cristaux liquides (LCE). Cette combinaison permet de conférer aux matériaux de type caoutchouc une rigidité et une résistance accrues, tout en conservant leur flexibilité intrinsèque.
Le Dr Hamed Shahsavan, professeur de génie chimique à Waterloo et directeur de l’équipe, souligne l’importance de ces « muscles artificiels » : « Ils sont essentiels pour exploiter tout le potentiel des robots souples, leur permettant des mouvements fluides, sécurisés et précis. Cela est particulièrement crucial pour des applications telles que la micro-robotique médicale. » Les LCE modifiés peuvent, par exemple, supporter des charges jusqu’à 2 000 fois supérieures à leur propre poids une fois chauffés. Ils fournissent également un travail mécanique près de trois fois supérieur à celui des muscles de mammifères.
L’analyse par rayons X a révélé que les cristaux liquides s’organisent en petites inclusions au sein des LCE, un peu comme des pépites dans une pâte à biscuit. Ces inclusions, même à l’état liquide, agissent comme des structures solides, rigidifiant le matériau environnant lorsqu’il est sollicité. Les chercheurs estiment que ces propriétés mécaniques améliorées des LCE joueront un rôle majeur dans le développement de la robotique souple, permettant des mouvements plus amples et plus puissants. Ces avancées pourraient révolutionner des domaines allant de l’administration de médicaments à l’intérieur du corps humain à la robotique collaborative dans les usines.
« Les matériaux dotés de telles capacités sont très recherchés en robotique, car ils peuvent remplacer les actionneurs et les moteurs électriques traditionnels, souvent volumineux et lourds, par des muscles artificiels légers et flexibles, sans sacrifier la performance », explique le Dr Shahsavan. « C’est la stratégie la plus simple et la plus robuste pour renforcer les LCE tout en préservant leur caractère programmable. »
L’équipe de recherche comprenait également le Dr Tizazu Mekonnen, Sahad Vasanji et Matthew Scarfo de l’Université de Waterloo, le Dr MO Saed de l’Université de Cambridge et le Dr Antal Jakli de la Kent State University. Les chercheurs explorent désormais l’utilisation de ces nouveaux matériaux comme encres pour l’impression 3D de muscles artificiels.
Plus d’informations :
Sahad Vasanji et al, Élastomères à cristaux liquides raidissants avec inclusions de cristaux liquides, Matériaux avancés (2025). DOI : 10.1002/adma.202504592