Qu'ont en commun les éléments suivants : un dispositif médical implanté avec sa propre alimentation électrique, un robot spongieux ressemblant à un humain et comment entendons-nous le son de différentes choses ? La raison pour laquelle ces deux phénomènes technologiques et biologiques différents sont similaires réside dans la façon dont les matériaux qui les composent peuvent changer de taille et de forme de manière significative lorsqu’un signal électrique est envoyé. Certains matériaux dans la nature peuvent agir comme un convertisseur d'énergie qui se déforme lorsqu'un signal électrique est envoyé ou fournit de l'électricité lorsqu'ils sont stimulés. C’est ce qu’on appelle la piézoélectricité et est utile, entre autres, dans la fabrication de capteurs et d’électronique laser. Cependant, ces matériaux naturels sont rares et constitués de structures cristallines rigides souvent toxiques pour l’être humain. Les polymères artificiels permettent d'atténuer ces inconvénients majeurs en éliminant les pénuries de matériaux et en créant des polymères souples capables de se plier et de s'étirer, appelés élastomères souples. Auparavant, ces élastomères souples manquaient de propriétés piézoélectriques essentielles. Pour surmonter cet inconvénient, une solution est proposée par Kosar Mozaffari, étudiant diplômé du Cullen College of Engineering de l'Université de Houston, Pradeep Sharma, professeur MD Anderson et directeur du département de génie mécanique de l'Université de Houston, et Matthew Grasinger, LUCI. Chercheur postdoctoral au Laboratoire de recherche de l'Armée de l'Air.
"Cette théorie établit un lien entre l'électricité et le mouvement mécanique dans les matériaux caoutchouteux mous", a déclaré Sharma. Bien que certains polymères soient faiblement piézoélectriques, aucun matériau caoutchouteux mou ne possède de propriétés piézoélectriques. Ces scientifiques, par leurs efforts, tentent de montrer comment les performances flexoélectriques peuvent être augmentées dans les matériaux souples. "La flexoélectricité dans la plupart des matériaux en caoutchouc souple est assez faible", a déclaré Mozaffari, mais en réorganisant les chaînes en cellules unitaires au niveau moléculaire, notre théorie montre que les élastomères pourraient avoir une flexoélectricité presque dix fois supérieure à la quantité conventionnelle.
Les avantages de cette nouvelle théorie vont bien au-delà. Au cours du processus de recherche, la possibilité de concevoir une cellule unitaire qui ne varie pas en termes d'étirement ou qui reste inchangée en cas de transformation de déformation indésirable est apparue. "Pour certaines applications, une quantité spécifique d'électricité doit être générée quelle que soit la déformation par étirement, tandis que pour d'autres applications, autant d'électricité que possible doit être générée, et nous avons conçu pour les deux", a déclaré Mozaffari. « Dans nos recherches, nous avons découvert une méthode pour rendre invariant l’allongement d’une cellule unitaire. La nature réglable de la direction flexoélectrique peut être utile pour créer des robots et des capteurs fluides », a-t-il ajouté. En d’autres termes, la quantité d’énergie électrique générée par divers stimuli peut être contrôlée pour permettre aux appareils d’effectuer des actions ciblées. Cela pourrait nuire aux performances des appareils électroniques autonomes. Dans les prochaines étapes, cette théorie serait testée en laboratoire en utilisant des applications possibles. De plus, les efforts visant à améliorer l’effet flexoélectrique dans les élastomères souples feraient l’objet d’études plus approfondies.
