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Comment grimper aux vitres comme les insectes

ActualitéClassé sous :physique , adhérence , adhésion

La faculté qu'ont certaines créatures telles que les insectes et certains lézards à grimper le long de murs verticaux voire à traverser des plafonds sans tomber suscite depuis longtemps l'émerveillement de l'homme. Les chercheurs ont récemment établi que ces animaux doivent leur propre « adhérence » à la présence, au bout de leurs pattes, de cils extrêmement fins qui optimisent le contact avec la surface. De nombreux scientifiques ont essayé de reproduire ces systèmes, mais les matériaux synthétiques qui en sont ressortis jusqu'à présent avaient une durée de vie limitée et n'étaient tout bonnement pas aussi adhérents que leurs versions naturelles.

Des chercheurs de l'Institut Max Planck de recherche sur les métaux, en collaboration avec la société Gottlieb Binder, spécialisée dans les systèmes de fixation, sont parvenus à fabriquer un matériau adhésif dont la microstructure est dérivée de la voûte plantaire des insectes. Leurs découvertes ont été rapportées dans l'édition en ligne du Journal of the Royal Society Interface.

Dans le cas présent, les insectes en question étaient des scarabées de la famille des Chrysomelidae, connus pour être des experts dans l'art d'adhérer à des surfaces très lisses.

Les « cils » du nouveau matériau ressemblent à de fins champignons ; une fine plaque de 40 micromètres de diamètre surmonte un pilier de 100 micromètres de hauteur pourvu d'une base robuste mais d'un cou étroit. Les « champignons » sont disposés en hexagones sur la surface du matériau.

Vue générale en microscopie électronique à balayage Crédits : The Journal of the Royal Society Interface

Le matériau a été obtenu en versant un mélange polymère dans un moule et en attendant qu'il « prenne » avant de l'en retirer avec précaution. Selon les chercheurs, la création du moule, avec sa délicate microstructure, était un fantastique défi et les détails du procédé constituent un secret bien gardé. La mise au point du mélange polymère a elle aussi été difficile : trop liquides, les mélanges s'échappaient du moule, tandis que, trop visqueux, ils ne pouvaient pénétrer dans la fine microstructure.

Une batterie de tests a révélé que cinq centimètres carrés de ce matériau étaient capables de faire adhérer des objets pesant jusqu'à 100 grammes à un mur lisse. Le matériau peut être utilisé plusieurs fois sans perdre en adhérence et, en cas de salissure, il suffit de le laver à l'eau savonneuse pour qu'il retrouve ses qualités adhésives. En outre, il ne laisse pas de traces visibles lorsqu'on l'ôte de la surface.

Les performances du matériau ne sont pas aussi bonnes sur les surfaces plus rugueuses, ce qui ne surprend pas les chercheurs. « Les insectes éprouvent eux aussi des difficultés à cheminer sur des surfaces légèrement rugueuses », a expliqué Stanislav Gorb, qui dirige le projet à la Société Max Planck. « C'est un problème fondamental du mécanisme d'adhérence ».

Les chercheurs imputent le succès de leur système à plusieurs facteurs. La fine plaque située au sommet du « champignon » est suffisamment souple pour former un contact sûr avec la surface, même en présence de petites particules de poussière. Les particules plus grosses peuvent quant à elles glisser dans l'espace entre les piliers, où elles n'affectent pas la capacité d'adhésion des plaques à la surface. Le fin cou du pilier offre lui aussi une certaine souplesse face à des surfaces non planes. Enfin, les piliers brisés n'altèrent pas l'efficacité des piliers voisins.

Détails Crédits : Journal of the Royal Society Interface

Les scientifiques voient dans leur travail un « pas en avant considérable dans la mise au point d'un adhésif industriel sec ». Le nouveau matériau pourrait être employé dans un ruban protecteur destiné aux surfaces de verre fragiles, ou dans des coussinets réutilisables permettant de fixer de petits objets à des surfaces lisses. On en a déjà équipé les pieds d'un robot de 120 grammes, lequel a ensuite pu escalader une paroi de verre verticale.

Les chercheurs projettent à présent d'améliorer l'« adhérence » de leur matériau en affinant sa structure.

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