Une solution inspirée de la toile d’araignée rendue possible grâce à l’impression 3D –

Le concept et la recherche qui l’accompagne révélés dans l’article sont relativement simples. Les professeurs Frédérick Gosselin et Daniel Therriault du Département de génie mécanique de Polytechnique Montréal, ainsi que l’étudiant au doctorat Shibo Zou, voulaient démontrer comment une sangle en plastique pouvait être incorporée dans une vitre pour l’empêcher de se briser à l’impact.

Cela semble un concept assez simple, mais une réflexion plus approfondie révèle qu’il n’y a rien de simple à propos de cette toile en plastique.

Le design des chercheurs a été inspiré par les toiles d’araignées et leurs propriétés étonnantes. «Une toile d’araignée peut résister à l’impact d’un insecte entrant en collision avec elle, en raison de sa capacité à se déformer via des liens sacrificiels au niveau moléculaire, au sein des protéines de soie elles-mêmes», explique le professeur Gosselin. “Nous avons été inspirés par cette propriété dans notre démarche.”

Biomimétisme via l’impression 3D

Les chercheurs ont utilisé du polycarbonate pour obtenir leurs résultats; lorsqu’il est chauffé, le polycarbonate devient visqueux comme le miel. À l’aide d’une imprimante 3D, l’équipe du professeur Gosselin a exploité cette propriété pour «tisser» une série de fibres de moins de 2 mm d’épaisseur, puis a répété le processus en imprimant une nouvelle série de fibres perpendiculairement, en se déplaçant rapidement, avant que toute la bande ne se solidifie.

Il s’avère que la magie réside dans le processus lui-même – c’est là que le produit final acquiert ses propriétés clés.

Comme il est lentement extrudé par l’imprimante 3D pour former une fibre, le plastique fondu crée des cercles qui forment finalement une série de boucles. «Une fois durcies, ces boucles se transforment en liaisons sacrificielles qui confèrent à la fibre une résistance supplémentaire. Lors de l’impact, ces liaisons sacrificielles absorbent l’énergie et se rompent pour maintenir l’intégrité globale de la fibre – similaire aux protéines de soie», explique le chercheur Gosselin.

Dans un article publié en 2015, l’équipe du professeur Gosselin a démontré les principes de fabrication de ces fibres. Le dernier Cell Reports Science physique L’article révèle comment ces fibres se comportent lorsqu’elles sont entrelacées pour prendre la forme d’une nappe.

L’auteur principal de l’étude, Shibo Zou, a profité de l’occasion pour illustrer comment une telle toile pouvait se comporter lorsqu’elle était située à l’intérieur d’un écran de protection. Après avoir intégré une série de toiles dans des plaques de résine transparentes, il a effectué des tests d’impact. Le résultat? Les plaquettes en plastique ont dispersé jusqu’à 96% de l’énergie d’impact sans se rompre. Au lieu de se fissurer, ils se déforment à certains endroits, préservant l’intégrité globale des plaquettes.

Selon le professeur Gosselin, cette innovation inspirée de la nature pourrait conduire à la fabrication d’un nouveau type de verre pare-balles, ou conduire à la production d’écrans de protection en plastique pour smartphones plus durables. «Il pourrait également être utilisé dans l’aéronautique comme revêtement de protection des moteurs d’avion», note le professeur Gosselin. En attendant, il a certainement l’intention d’explorer les possibilités que cette approche peut lui ouvrir.

Source de l’histoire:

Matériaux fourni par Polytechnique Montréal. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.