Un groupe de recherche américain a mis au point ce bras robotisé capable de s’étirer, de fléchir dans plusieurs directions et d’exécuter des torsions.
L’art du pliage japonais est-il en voie de révolutionner la façon dont nous concevons les matériaux ?
Les mains de mes enfants dansent, pliant et repliant le papier au rythme de la chorégraphie imposée par la youtubeuse se trouvant de l’autre côté de l’écran. En maniant une simple feuille de papier de manière à en maximiser les propriétés, ils finissent par créer un bricolage à l’apparence d’une grenouille qui, lorsqu’on lui impose une pression du doigt puis qu’on la relâche, saute de quelques millimètres. Victoire !
Sans le savoir, je suis peut-être en train d’assister à l’éclosion de leur carrière… scientifique ! Longtemps considéré comme un simple jeu, l’origami, l’art de plier, fait lentement mais sûrement sa place dans les esprits savants du monde entier. Influencés par la nature – une feuille qui se déploie à partir de son bourgeon ou une aile d’insecte qui émerge de sous une carapace –, ils plient toutes sortes de substances : des polymères, des molécules de sucre, du verre ou de la céramique. L’objectif est de leur donner une fonctionnalité mécanique et une flexibilité contrôlable.
Ces scientifiques n’ont rien inventé : l’origami existe depuis au moins le 17e siècle. Au fur et à mesure que le papier est devenu moins coûteux, on s’est mis à l’utiliser pour concevoir des emballages, des jouets, voire pour offrir des cours de géométrie aux enfants. À partir des années 1950, un pas de plus a été franchi avec l’origami modulaire : il assemble plusieurs pliages pour créer une forme complexe.
Les avantages sont évidents. Des objets de grand volume prennent très peu de place lorsque pliés. L’origami modulaire autorise aussi la reprogrammabilité : une certaine configuration permet une utilisation particulière ; on peut ensuite changer la forme pour en faire un autre usage.
C’est pourquoi l’industrie aérospatiale commence à s’en servir pour déployer des vaisseaux dans l’espace et la robotique s’y intéresse pour créer des machines souples. L’origami a également du potentiel en science biomédicale : de minuscules pliages peuvent être injectés dans les vaisseaux sanguins pour s’ouvrir et relâcher un médicament au bon moment.
Le professeur en ingénierie mécanique de l’Université McGill Damiano Pasini pense que tout cela n’est que la pointe de l’iceberg. « Il y a encore beaucoup à découvrir. Comment va-t-on y arriver ? Je crois que c’est en travaillant sur des propriétés que nous souhaitons obtenir. Lorsque ces dernières ne se retrouvent pas dans les concepts existants, il y a un espace pour innover. »
C’est exactement ce qu’il a fait avec son équipe. « Nous voulions créer des origamis qui préservent leur capacité de soutien dans toutes les directions », dit Damiano Pasini. En effet, un des problèmes de l’origami, c’est qu’il nécessite souvent des matériaux souples. Cela mine la capacité des pliages à soutenir des charges diverses, soit parce que le matériel qui les compose est trop mou, soit parce qu’il permet de soutenir un poids dans une direction seulement, ce qui limite leur potentiel structurel.
L’équipe est parvenue à son objectif grâce à la technique du kirigami, ou l’art du découpage. En pratiquant un trou au centre d’un polygone à plier, on libère celui-ci de différentes contraintes. On peut utiliser cet espace pour reconfigurer la forme et autoriser certains panneaux à entrer en contact et à se « verrouiller ». Il est ensuite possible de combiner ces polygones pour concevoir des métamatériaux pouvant s’aplatir comme des crêpes ou prendre différents volumes en conservant leur capacité de support dans toutes les directions. On pourrait ainsi créer des submersibles pouvant se transformer sous l’eau sans s’écraser sous la pression, par exemple.
Pour le professeur Pasini, on trouve encore trop peu de cours d’origami dans les écoles d’ingénierie. Même constat à la chaîne de montage. Pourtant, créer un objet plat qui se déploierait une fois entre les mains de la clientèle faciliterait son transport et aiderait à réduire son coût de production, voire son empreinte écologique. Au-delà des grenouilles sauteuses et du simple jeu d’enfant, il y a tout un monde à explorer !
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- Ces deux structures imaginées par une équipe de l’Université Harvard sont faites d’un matériau rigide pour les faces et d’une matière souple pour les charnières. La première peut se plier pour adopter une autre forme, tandis que la seconde ne peut que se compresser légèrement, comme une éponge.
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- L’équipe de Damiano Pasini a conçu cette structure combinant l’origami et le kirigami. Elle peut se stabiliser sous quatre formes, dont ces trois-ci.
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- Vue d’artiste d’un concept de pare-soleil du Jet Propulsion Laboratory. Il pourrait se déplier une fois dans l’espace pour bloquer la lumière d’une étoile et ainsi faciliter l’observation des planètes alentour.
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- Cet abri présenté en 2021 dans Nature a été développé par le professeur de Polytechnique Montréal David Mélançon pendant son doctorat à l’Université Harvard. La structure de 2,5 m de haut pourrait être facilement déployée puis démontée en zone de crise par simple pression d’air.
Photos: Soft Intelligent Materials Laboratory/Stanford ; Johannes Overvelde/Harvard SEAS
