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La recherche axée sur le développement de peaux artificielles pourrait bénéficier à la fois aux personnes portant des bioprothèses et à la robotique. Au cours des dernières années, d’importants progrès ont été réalisés en ce sens, mais aucun des prototypes créés jusqu’à maintenant ne combinait toutes les propriétés de la peau humaine. C’est aujourd’hui chose faite. Récemment, une équipe de bio-ingénieurs australiens a développé un nouveau type d’hydrogel agissant comme une peau artificielle et combinant la résistance, la durabilité, la souplesse et l’auto-régénération de la peau humaine.

Ce nouvel hydrogel pourrait être utilisé comme peau, tendon ou encore muscle. « Grâce à la chimie spéciale que nous avons incorporée dans l’hydrogel, il peut se réparer lui-même après avoir été endommagé, comme le peut la peau humaine. Les hydrogels sont généralement fragiles, mais notre matériau est si solide qu’il pourrait facilement permettre de soulever des objets très lourds. Il peut également changer de forme comme le font les muscles humains » explique le chimiste Luke Connal de l’Australian National University.

La création d’un hydrogel qui change de forme et qui a de multiples fonctions s’est avérée être un défi permanent pour les scientifiques, même avec l’inspiration naturelle des méduses, des concombres de mer et des dionées attrape-mouche. Alors que certains hydrogels peuvent résister à des contraintes mécaniques, d’autres ont des propriétés d’auto-guérison, et quelques-uns ont la capacité de mémoriser des formes ou de changer de couleur.

Une peau artificielle extrêmement réactive

Pour autant que les chercheurs de l’ANU le sachent, personne d’autre n’a été en mesure d’incorporer toutes ces fonctions dans un seul gel universel. En soumettant leur matériau à de multiples tests, les auteurs affirment avoir créé le premier hydrogel dynamique qui est solide, résistant aux contraintes mécaniques, résistant à l’usure, auto-cicatrisant et capable de changer de forme et d’en garder la mémoire. Les détails techniques ont été publiés dans la revue Advanced Materials.

structure hydrogel

Structure et préparation de l’hydrogel. Crédits : Zhen Jiang et al. 2019

En utilisant ce matériau, les chercheurs ont réalisé des films extrêmement minces de « chair » sans aucune rupture. Lorsque ces films ont été chauffés ou refroidis, ils ont ensuite changé de forme, se pliant dans un sens ou dans l’autre avant de revenir à leur état d’origine avec la bonne température.

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proprietes hydrogel

Propriétés mécaniques de l’hydrogel : élasticité, résistance, dureté. Crédits : Zhen Jiang et al. 2019

Contrairement à de nombreux autres hydrogels, qui peuvent parfois prendre 10 minutes ou plus pour changer de forme, ce gel ne prend que 10 secondes pour se plier. Ici, la clé serait les liaisons hydrogène dynamiques du gel et les liaisons dynamiques imine (carbone-azote), qui fonctionnent ensemble pour former des « propriétés sans précédent ».

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Vers une robotiques plus « humaine »

Les liaisons dynamiques ont une réponse élevée aux stimulus, ce qui les rend parfaites pour l’adaptation à l’environnement et l’auto-réparation, et les liaisons imines en particulier ont une cinétique de réaction rapide qui peut permettre une auto-guérison rapide. De plus, les auteurs affirment que ces matériaux peuvent être facilement préparés en utilisant une chimie simple, et si d’autres polymères sont ajoutés au mélange moléculaire, peut-être même plus de fonctions peuvent être obtenues.

Si la température est en quelque sorte utilisée comme contrôle, les auteurs pensent que ce gel pourrait un jour être utilisé comme un muscle artificiel. « Dans de nombreux films de science-fiction, nous voyons les travaux les plus difficiles réalisés par des robots humanoïdes. Nos recherches ont fait un pas important vers la réalisation de cela » conclut l’ingénieur en matériaux Zhen Jiang. En attendant, l’équipe espère transformer son hydrogel en encre 3D imprimable.

Sources : Advanced Materials

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