KNOXVILLE, TN, 24 décembre 2025 /24-7PressRelease/ -- Les systèmes robotiques souples évoluent vers des mouvements réalistes, mais la morphologie précise des formes et la préhension adaptative restent difficiles. Cette étude présente une stratégie de conception hiérarchique qui transforme les élastomères à cristaux liquides (LCE) en structures programmables capables de transformation réversible hélice-plan, d'escalade contrôlée par NIR et de comportements de verrouillage dépendants de la topologie. En intégrant des nanofils d'argent photothermiques et des LCE pré-alignés mécaniquement, les actionneurs réalisent une opération à distance, une préhension adaptative au terrain et même une escalade de poteaux de type koala. Le travail démontre comment le contrôle de l'orientation moléculaire et de la topologie permet des motifs de mouvement incluant l'enroulement, le serrage, la locomotion et l'auto-verrouillage. Ces innovations pointent vers des robots souples autonomes pour environnements non structurés, la manipulation mini-invasive et le contrôle de mouvement bio-inspiré.

Les robots souples s'inspirent d'organismes tels que les tentacules de pieuvre et les vrilles de plantes, où le mouvement naît d'une déformation continue plutôt que de moteurs rigides. Les élastomères à cristaux liquides (LCE) sont prometteurs grâce à leurs transitions de phase réversibles et leur anisotropie programmable, permettant une déformation sous stimuli lumineux, thermiques ou magnétiques. Cependant, réaliser une actionnement hélicoïdal précis et réversible ainsi qu'un comportement d'escalade reste difficile car les méthodes de fabrication traditionnelles peinent à encoder des orientations moléculaires complexes et des voies topologiques. Le besoin de systèmes de morphologie de forme adaptables et à distance croît dans les domaines de la recherche et du sauvetage, biomédical et de la micro-manipulation. Face à ces défis, il est nécessaire d'explorer la conception de structures hiérarchiques et les mécanismes d'actionnement photo-réactifs pour la robotique souple basée sur les LCE.

Des chercheurs de l'Université de Jiangsu ont rapporté (DOI : 10.1007/s10118-025-3418-3) le 11 octobre 2025, dans le journal Chinese Journal of Polymer Science, une plateforme robotique souple photo-réactive basée sur les LCE présentant une programmation structurelle hiérarchique et topologique. L'équipe a conçu des hélices LCE pré-contraintes mécaniquement intégrées avec des couches photothermiques de nanofils d'argent pour permettre une déformation réversible contrôlée par NIR, la préhension, l'escalade hélicoïdale et l'actionnement d'anneaux de Möbius. Le travail démontre un mouvement bio-inspiré multi-mode incluant l'enroulement de type vigne et l'escalade de poteaux de style koala sous contrôle lumineux à distance.

Les chercheurs ont fabriqué des films LCE via une réaction thiol-acrylate en deux étapes et ont introduit une pré-programmation hélicoïdale atteignant 1000% de déformation, ce qui a significativement amélioré l'alignement moléculaire vérifié par des motifs de diffusion aux petits angles de rayons X (SAXS). Une structure à trois couches (AgNW/LCE/PI) a amélioré l'absorption NIR grâce à la résonance plasmonique de surface localisée, permettant une conversion photothermique-mécanique efficace. Ces matériaux ont montré une commutation réversible hélice-plan, permettant la saisie d'objets sur des plateformes multi-terrains telles que des grottes, des pentes de collines et des canyons. Sous illumination, l'actionneur se contracte avec des angles de flexion contrôlables et des performances cycliques stables. Ensuite, un actionneur de type vigne a réalisé une escalade pilotée par lumière via la contraction séquentielle des régions queue-corps-tête, entraînée par des gradients de température mobiles lors du balayage NIR. L'imagerie infrarouge a confirmé un transfert de chaleur coordonné pendant l'escalade sur des poteaux verticaux.

L'équipe a ensuite introduit une programmation topologique de Möbius, où des structures torsadées à 180° ont permis un actionnement réversible, tandis que des torsions à 360° ont produit une déformation d'auto-verrouillage, formant des anneaux concentriques ou des états en "forme de 8" selon l'illumination. Sur la base de ce mécanisme, un dispositif d'escalade inspiré du koala a été développé, capable d'avancer d'environ 5 à 7 mm par cycle et d'escalader des tiges inclinées, même lorsqu'il est chargé de 1,6 g.

Les auteurs soulignent que la percée clé réside dans l'intégration de la programmation de l'orientation moléculaire avec l'actionnement topologique déclenché par la lumière. Ils notent que les structures LCE hiérarchiques permettent des modes d'actionnement auparavant inaccessibles à la robotique souple conventionnelle, permettant l'escalade sans moteurs, la manipulation sans contact et la déformation sous contrôle à distance. Cette conception démontre comment la programmation structurelle aux échelles moléculaire et géométrique débloque des comportements de changement de forme ressemblant à des vrilles biologiques et des animaux. Les chercheurs pensent que l'approche offre un cadre général pour concevoir de futurs systèmes robotiques souples capables de naviguer dans des environnements tridimensionnels complexes.

Cette étude présente une stratégie évolutive pour la robotique souple de nouvelle génération, où un seul système matériel peut grimper, saisir, ancrer et se reconfigurer sans électronique ni actionneurs rigides. Les applications potentielles incluent l'inspection de pipelines, les outils chirurgicaux mini-invasifs, l'exploration environnementale et la micro-manipulation sous guidage NIR. La topologie de Möbius programmable offre une nouvelle voie pour la mémoire mécanique et les structures de verrouillage, permettant une locomotion économe en énergie et des dispositifs déployables. Le développement futur pourrait se concentrer sur l'intégration de modules de détection, l'augmentation de la vitesse de réponse et l'extension de l'opération à des plateformes autonomes sans fil. Le travail souligne comment la logique structurelle bio-inspirée peut transformer les LCE en systèmes robotiques adaptatifs.

Références
DOI
10.1007/s10118-025-3418-3

URL de la source originale
https://doi.org/10.1007/s10118-025-3418-3

Informations sur le financement
Ce travail a été soutenu financièrement par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (Nos. 52275290 et 51905222), le projet de recherche du Laboratoire clé d'État des systèmes mécaniques et des oscillations (No. MSV202419), le Programme majeur de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine pour la théorie fondamentale et la technologie clé des robots Tri-Co (No. 92248301), le projet d'ouverture du Laboratoire clé d'ingénierie bionique (Ministère de l'Éducation), Université de Jilin (No. KF2023006), et le Programme d'innovation et de pratique de recherche des diplômés de la province du Jiangsu (No. SJCX23_2091).

À propos du journal
Chinese Journal of Polymer Science (CJPS)

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