Imaginez ceci: avec un simple éclair de lumière ou de chaleur, un morceau de papier sans prétention se plie en une grue et, lorsque la lumière clignote, bat des ailes en papier en vol. Bien que le concept en soit encore à ses débuts, les scientifiques sont sur le point d'en faire une réalité avec le récent dévoilement d'un papier à pliage automatique à base de graphène.
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Le nouveau papier inspiré de l'origami ne peut pas vraiment s'envoler. Mais les scientifiques ont réussi à le "programmer" pour se replier dans une boîte et marcher comme un ver. Selon une étude publiée la semaine dernière dans la revue Science Advances, ils ont même créé une main articulée dans le papier, capable de saisir et de tenir un objet cinq fois plus que son poids propre.
"Nous avons pensé qu'il serait plus intéressant qu'un appareil d'origami ne se plie pas, mais puisse également se déplacer seul, comme une grue en origami peut voler ou un dragon en origami peut marcher", a déclaré Hongzhi Wang, auteur du journal spécialisé en papier et matériaux à L'Université Donghua de Shanghai, en Chine, écrit dans un courrier électronique.
Les scientifiques ont construit ce papier auto-pliant en superposant deux types de graphène: un qui retient l'humidité et l'autre qui ne le supporte pas. Le papier qui absorbe l'humidité de l'air peut se déshydrater rapidement sous des éclairs de lumière infrarouge ou de chaleur, ce qui provoque sa contraction. Ainsi, en positionnant stratégiquement les couches de ce papier dans le modèle, les scientifiques ont créé des articulations ou des charnières.
Avec les lumières allumées, le papier se plie. Avec les lumières éteintes, le papier aplatit. Ce processus simple, rapide et réversible peut être répété sur plusieurs cycles sans que le papier ne se décompose. Pour que le papier tourne un coin, les scientifiques repositionnent simplement la source de lumière ou de chaleur.
Wang et son équipe ont de grands espoirs pour leur technologie minuscule, l'appelant "l'embryon d'un nouveau type de robot". Le papier pourrait être incorporé dans le domaine en plein essor des microrobots, des muscles artificiels et de l'ingénierie tissulaire. Il existe également une application potentielle dans la technologie solaire, à savoir la création de panneaux solaires auto-repliables.
"Dans un avenir proche, cela pourrait même apporter des changements dans la vie des gens", écrit Wang. "Par exemple, les vêtements intelligents pourraient changer de forme et de style en fonction de la température corporelle, des changements environnementaux ou d'autres simulations douces."
Ce n'est pas le premier matériau qui se plie ou qui marche. Les polymères ont été au centre des efforts précédents, mais ces polymères à mémoire de forme, polymères cristallins et gels ont leurs limites. Ils sont instables dans des conditions extrêmes, coûteux et limités dans les formes qu’ils peuvent créer.
"Par rapport aux matériaux actifs traditionnels, la structure de ce papier est plus simple, la réponse est plus rapide, le résultat est plus efficace", écrit Wang.
Pour le moment, Wang et son équipe travaillent à rendre le système encore plus efficace et à réduire la taille du papier, en recherchant un dispositif d'origami tout en graphène de taille nanométrique.
