II/ Les différentes inventions
1°) La bande adhésive
Grâce aux recherches menées sur les pattes des geckos, les scientifiques on pu tenté de reproduire leurs structures afin de créer un adhésif très performant, réutilisable et auto-nettoyant.
Plus tard, d’autre scientifiques, de la BAE Systems située a Filton, ont également créé une bande adhésive baptisée "Synthetic Gecko". Pour sa fabrication ils ont eux aussi utilisé du polymèrePolymère
Matériau de la famille du plastique mais ont modifié la méthode puisqu’ils se sont servis de la photolithographie qui consiste à graver des motifs en trois dimensions en utilisant la lumière (cette méthode de fabrication est préférable car de faible coût). Grâce à la photolitographie ils ont créé des filaments à l’extrémité évasée ressemblant aux spatulae des geckos, et afin d’améliorer les propriétés d’adhésion ils ont essayé avec différents matériaux et différentes tailles de filaments. Ainsi ils ont pu créé un échantillon avec des filaments atteignant 0.1 micron de diamètre qui colle à presque toutes les surfaces même si elles sont sales et avec lequel il serait possible de coller un éléphant au plafond avec seulement un mètre carré. Cette bande adhésive est donc plus performante que la première, mais il reste aux scientifiques à comprendre l’influence de l’eau et de la rugosité de la paroi afin qu’elle puisse être utilisée pour une large gamme de surfaces.
Ainsi, en 2003, un groupe de chercheurs menés par André Geim de l’Université de Manchester, a produit une bande adhésive ayant les mêmes propriétés que les pattes du gecko. Cette bande est recouverte de millions de filaments de plastique mesurant chacun 2 microns de long, permettant aux forces de Van der Waals d’agir. Pour y parvenir ils ont fabriqué les filaments par lithographie par faisceau d'électrons et attaque dans un plasma d'oxygène. Malgré les bonnes performances de cette bande adhésive, la méthode de fabrication reste très coûteuse. En effet, produire un mètre carré de bande coûterait environ 14000 euros. De plus, après sept ou huit collages-décollages la bande a perdu son pouvoir adhésif, probablement à cause de filaments cassés ou couchés. Il faudrait donc améliorer la technique de fabrication et peut-être changer le matériel pour plus de solidité des filaments.
Avec quelques adaptations la bande adhésive pourrait avoir des applications innombrables comme des chaussons adhésifs pour les grimpeurs, pour coller des post-it ou des affiches sans laisser de traces ou encore en chirurgie, car elle ne contient pas de produit chimique.
2°) Le robot-gecko
Certains chercheurs ont préféré adapter les performances des geckos à des robots. C’est le cas de Sangbae Kim de l’université de Stanford qui a inventé un robot nommé "Sticky Bot", ou encore de l’équipe de Mettin Siti de l’Université de Carnegie Mellon. Leur dernier robot peut grimper à des surfaces aussi lisses que le verre ainsi qu’au plafond à une vitesse de 6 cm/s. Ce robot utilise un adhésif en élastomèreElastomère
Polymère élastique et possède une queue améliorant son agilité et lui permettant de passer du mur au plafond ou inversement. Elle permet aussi d’atteindre le niveau de pression suffisant à appliquer pour obtenir l’adhésion. Pour que leur robot puisse également grimper sur des surfaces rugueuses, l’équipe prévoit de fabriquer des fibres de quatre micromètres de diamètre, soit deux fois plus fines que celles qui existent actuellement. Cela permettrait aussi que le robot adhère cinq fois plus à la surface.
Ces robots pourraient servir entre autre à observer la structure externe d’un engin spatial. Mais avant, il reste encore des problèmes à résoudre comme celui de la poussière, car, contrairement à son modèle animal, le robot-gecko n’a pas des pattes autonettoyantes.
Sticky Bot :
Le robot de l’université de Carnegie Mellon :
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3°) Le geckel
Lorsque le gecko a les pattes sous l’eau une grande partie de sa capacité d’adhésion disparaît. Comment remédier à ce problème ? Ce sont des ingénieurs biomédicaux de l’Université de Northwestern qui ont trouvé la solution. Ils proposent de combiner la capacité d’adhésion du gecko avec celle de la moule et ainsi créer une colle, baptisée "geckel", qui fonctionne aussi bien dans l’air que dans l’eau, qui se détache facilement et qui est réutilisable. Afin d’arriver à ce résultat il a fallut créer un polymère mimant les protéines adhésives de la moule, et à l’échelle nanométrique une structure de filament en silicone ressemblant aux setae du gecko. Si les résultats sont bons, cette colle pourra être utilisée par exemple comme pansement résistant à l’eau ou pour fixer des patchs médicamenteux.
4°) Pour plus de frottements
D’autres chercheurs, notamment ceux de l’Université de Berkeley, ont utilisé la structure des pattes du gecko pour créer un matériau qui, contrairement à l’animal, n’adhère que pour certains déplacements mais surtout, possède un frottement important. Pour cela, ils ont créé des microfibres de polypropylènePolypropylène
Matériau indéchirable, flexible, léger et recyclable de 20 microns de long, de 0.6 microns de diamètre et de densité 42 millions par centimètre carré ; car plus il y a de fibres, plus le frottement est grand. Ils pensent que les fibres ont une faible adhésion car elles ont tendance à se rigidifier, ce qui casse le contact lorsque l’on enlève l’objet. Ce matériau pourra être utilisé comme pneu de voiture ou semelles de chaussures. Pour ces mêmes fonctions on utilise actuellement du caoutchouc, plus souple que le polypropylène mais moins résistant à de hautes températures et tendant à devenir collant. De plus, pour changer son coefficient de frottement et d’adhésion il faut modifier ses propriétés chimiques, alors que pour le polypropylène il suffit de changer les propriétés mécaniques et géométriques.
5°) Comme Spiderman
L’invention qui fait rêver le plus de personnes reste celle de Nicola Pugno, un chercheur italien de l’université polytechnique de Turin. Ce spécialiste des nanomatériaux s’est fait connaître il y a quelques années par ses recherches sur la réalisation grâce aux nanotubes d’un ascenseur spatial. Cette fois-ci, il a pour but de créer des vêtements (en particulier des chaussures et des gants) et des cordes ayant de très fortes capacité d’adhésion afin de pouvoir égaler Spiderman. Pour y parvenir, il veut utiliser des nanotubes de carbone qui ont un diamètre 100 000 fois inférieur à celui d’un cheveu et qui ont la particularité d’être très résistants et légers grâce à la disposition de leurs atomes. En effet, les nanotubes de carbone sont formés d’atomes de carbone positionnés en hexagone et formant tous ensemble un cylindre fermé aux extrémités.
Pour les gants et les chaussures, il envisage de les recouvrir d’une "moquette" de nanotubes se divisant chacun en tubes plus fins retrouvant ainsi la structure des pattes du gecko. Quant aux fils de soie de Spiderman, il propose de passer 4 millions de nanotubes dans une sorte de passoire et ainsi d’avoir des brins de nanotubes, puis de modeler l’extrémité de ce câble de la même façon que pour les gants et les chaussures afin qu’il ait une force d’adhésion suffisante pour soutenir le poids d’un homme.
Cette invention pourrait être utile aux astronautes qui s’en serviraient comme fixations dans les stations spatiales, ou bien aux militaires qui pourraient escalader des pentes abruptes avec plus de discrétion, de liberté de mouvement et de rapidité. Mais il faudra encore attendre une dizaine d’années avant de pouvoir imiter l’homme-araignée, car il reste encore beaucoup de problèmes techniques notamment la poussière s’insinuant entre les nanotubes et empêchant l’adhésion. Ce temps sera également nécessaire aux futurs utilisateurs pour s’entraîner à grimper aux murs car l’Homme ne possède ni le squelette ni la musculature prévus à cet effet, contrairement au gecko.
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