Johannes Overvelde poursuivait un doctorat en mathématiques appliquées à l'Université de Harvard lorsqu'il rencontra Chuck Hoberman, concepteur du Hoberman Sphere, un ballon pliable arc-en-ciel pour enfants. Tous deux vivaient à Cambridge et avaient des intérêts similaires. Overvelde travaillait au développement de matériaux transformables pouvant changer la rigidité, et Hoberman, un architecte qui étudie également les structures cinétiques, réfléchissait à la manière dont différents matériaux pourraient exploiter les propriétés de sa sphère, en modifiant la forme en articulant à différents joints.
Le matériel en action. (Johannes Overvelde) Empruntant des éléments de la sphère Hoberman et du concept de snapologie basé sur l'origami, où des bandes de papier imbriquées s'emboîtent pour créer des structures rigides, Overvelde et son équipe de Harvard ont créé ce qu'ils appellent un métamatériel: une structure extensible pouvant être utilisée sur son posséder, ou comme un bloc de construction pour créer d'autres structures. Les cubes atténués, qui ont trois degrés d'articulation, sont constitués de fines feuilles de polymère qui se plient à plat, mais peuvent également apparaître de différentes façons, tout comme la Hoberman Sphere. En le raccordant à un tuyau pneumatique, un utilisateur peut gonfler un cube pour créer une structure 3D plus grande. Overvelde explique que le matériau a de nombreuses applications, allant des endoprothèses à l'échelle nanométrique pouvant être insérées dans les artères puis étendues, aux murs, qui se plieraient et ventileraient votre maison par temps chaud.
«Bien que la snapologie fournisse le point de départ géométrique de nos recherches, nous nous concentrons ici sur la pliabilité de ces structures et sur la manière dont elles peuvent conduire à de nouvelles conceptions de métamatériaux transformables», écrit Overvelde dans un nouvel article publié dans Nature Communications .
Les chercheurs ont commencé avec des modèles en papier, en essayant de prouver qu'avec la snapologie, ils pouvaient construire quelque chose d'assez solide pour être utilisé en architecture.
«Nous avions un modèle en papier collé, mais cela demandait beaucoup de travail et le modèle en papier a éclaté au bout d'une semaine», explique Overvelde. «Nous avons donc pensé: pouvons-nous apporter cela davantage à une structure conçue? En utilisant du ruban adhésif double face et des feuilles de plastique minces coupées au laser, l'une plus épaisse pour les faces et l'autre plus fine pour les charnières, nous avons conçu ces unités pouvant être déployées à plat, mais avec des degrés de liberté spécifiques que nous n'avions encore jamais vus. »
À partir de là, l'équipe a expérimenté différentes manières de modifier la forme de la structure. Ils ont décidé que l'activation pneumatique, qui était précise et facile à intégrer en faisant passer les tuyaux d'air dans les cubes, leur permettrait d'utiliser une structure de la manière la plus large possible. La forme change en fonction de la partie de la structure remplie d'air. «Toute structure réalisée avec cet appareil sera reconfigurable», explique-t-il.
Le cube peut être compressé pour qu'il soit à plat. (Johannes Overvelde) Pour Overvelde, la flexibilité est la partie la plus importante du concept. Il aime considérer les cubes comme un matériau, et non comme une structure en soi, car il considère que la valeur de la découverte provient en grande partie de la diversité des manières dont ils peuvent être construits.
Le cube de test initial du groupe mesurait 50 centimètres carrés. Mais l'idée est évolutive: ils ont construit une chaise pliante. À présent, les chercheurs tentent de rendre le mécanisme de gonflage sensible aux signaux ambiants, tels que la lumière ou l’humidité. À très petite échelle, les cubes peuvent agir comme des cristaux photoniques, reflétant différentes longueurs d'onde de la lumière et différentes couleurs lorsqu'elles changent de forme.
«Si vous avez une aile de papillon, la structure lui donne de la couleur. Donc, si vous aviez un appareil qui veut changer de couleur, vous pouvez l'imiter », explique Overvelde. «De l'autre côté, vous pensez à l'application architecturale. Si vous le faites réagir à la chaleur, vous pourriez faire un mur de cette structure qui s'ouvre et respire. Vous pouvez créer une structure qui réagit à l'eau, alors quand il pleut, elle se ferme automatiquement. ”
La technologie pourrait avoir de nombreuses applications. (Johannes Overvelde) Overvelde a prouvé que le concept fonctionne et il veut maintenant voir comment il peut être appliqué. En plus des cristaux photoniques et de l'architecture mobile, il pense qu'il pourrait être utilisé pour tout, des dispositifs médicaux pouvant être emballés à plat pour une insertion facile dans le corps, des robots et des vaisseaux spatiaux déployables.
«Je suis vraiment curieux de voir comment les autres chercheurs vont le récupérer», dit-il.
