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Des solitons pour tendre les muscles artificiels des robots ?

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Des chercheurs américains rapportent dans les Proceedings of the National Academy of Sciences avoir découvert de nouvelles propriétés des solitons, ces ondes solitaires qui se propagent sans se déformer dans un milieu non-linéaire. En effet, à l'image des électrons présents dans un atome, l'électron qui se trouve dans un soliton peut également atteindre différents niveaux d'énergie.

A terme, les solitons pourraient servir à faire fonctionner les muscles artificiels de robots, formés de polymères organiques...

Les solitons ont une structure interne complexe Une fois celle-ci bien comprise, les solitons pourraient servir à faire fonctionner des muscles artificiels... (Crédits : NASA/JPL)

Chaque soliton est formé d'un électron entouré d'autres particules nommées phonons. A la différence des autres ondes, les ondes solitaires ne se déforment pas lorsqu'elles traversent un milieu non-linéaire. Ainsi, dans les fibres optiques, les ondes lumineuses s'atténuent au fur et à mesure de leur progression. Si elles ne sont pas progressivement amplifiées, elles disparaissent. Les ondes solitaires, quant à elles, peuvent se propager sans assistance, tout en conservant leur structure.

Une nouvelle étude montre que la structure des solitons est complexe, et que l'électron de chacune de ces particules peut atteindre différents niveaux d'énergie. « Nous savions que de telles structures électroniques existaient dans tous les atomes, mais c'est la première fois que nous l'observons dans un soliton », explique Ju Li, professeur à l'université de l'Ohio.

Les solitons trouveront sans doute de nombreuses applications à l'avenir. Ju Li et ses collègues du MIT Xi Lin, Clemens Först et Sidney Yip s'intéressent tout particulièrement à la manière dont ces particules exotiques peuvent transporter une charge électrique le long d'un polymère. Ainsi, en ajustant le modèle de Su-Schrieffer-Heeger (SSH), et en y ajoutant la flexibilité de la chaîne de polymères et les interactions entre électrons, ils ont calculé avec précision ce qu'il se passait lorsqu'un soliton à un niveau d'énergie donné voyageait le long d'une chaîne de polyacétylènes.

Les chaînes de polymères ont tendance à se courber et à se tordre lorsqu'elles sont parcourues par un soliton. C'est pourquoi les chercheurs se demandent si ces particules ne pourraient pas être utilisées pour faire fonctionner des muscles artificiels constitués de polymères organiques. Les robots du futur risquent bien de "rouler" aux solitons !

Une onde solitaire (en rouge et bleu) qui voyage le long d'une chaîne de polymères a pour effet de la courber (Courtesy of Ohio State University)
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