Imaginez un instant dans votre esprit des matériaux capables de s’adapter et de changer en fonction de leurs besoins, tout comme les organismes vivants. C’est l’objectif de l’équipe de chercheurs de l’Université du Nebraska dirigée par Stephen Morin, qui a réussi à créer des lentilles microscopiques flexibles à partir d’un polymère appelé polydiméthylsiloxane.
En nombre, ces lentilles se comptent par milliers, captant la lumière à travers une phalange de lentilles disposées en un motif géométrique sur une surface, les faisceaux se réfractant à travers des monticules transparents pas plus larges qu’un cheveu. Un œil de mouche possède environ 4 000 de ces lentilles microscopiques, un œil d’abeille jusqu’à deux fois plus.
Une réalisation grandiose
Avec l’aide de deux autres ingénieurs (Ruiguo Yang et Grayson Minnick), l’équipe de Stephen Morin peut désormais organiser et fixer de minuscules lentilles gélatineuses sur un matériau élastique qui permet une réalisation encore plus grande.
En creusant l’équivalent d’aqueducs dans le matériau, puis en faisant circuler des fluides modifiant la température ou recueillant de l’eau à travers ces canaux, les chercheurs peuvent également dilater ou contracter les lentilles en quelques secondes, modifiant ainsi leur grossissement, leur longueur focale et d’autres propriétés optiques dans le processus.
Alors que les insectes et les crustacés ont évolué leurs yeux multifacettes pour capter des panoramas d’environnements anciens, l’équipe de Morin envisage l’avenir : projeter des signaux sur des capteurs intégrés dans des peaux de robots souples, par exemple, via un contrôle à la demande.
Le défi de la durabilité
Le défi était de créer une connexion chimique en plus de la connexion physique pour que les lentilles restent fixées au matériau de base en silicone.
L’équipe a réussi à surmonter ce défi en utilisant un traitement au plasma, un composé à base de lithium et des longueurs d’onde spécifiques de lumière ultraviolette.
Les lentilles ont résisté à tous les tests, y compris l’immersion dans l’eau, l’étirement, la torsion et même un bain ultrasonique.
Des applications potentielles
Les applications potentielles de cette technologie sont vastes. Elle pourrait être utilisée dans des systèmes de micro-projection, mais aussi dans le domaine de la biologie. En effet, l’hydrogel imite généralement le réseau gélatineux qui se trouve entre les cellules des organismes complexes, ce qui en fait un matériau de choix pour la culture de cellules ou de tissus en dehors d’un environnement biologique.
En synthèse
Les travaux de l’équipe de Morin représentent une avancée significative dans le domaine des matériaux adaptatifs. En créant des lentilles microscopiques qui peuvent changer de taille et de forme en fonction des besoins, ils ouvrent la voie à de nouvelles applications dans divers domaines, de la robotique à la biologie. C’est un pas de plus vers un avenir où les matériaux pourront s’adapter et évoluer, tout comme les organismes vivants.
Pour une meilleure compréhension
1. Qu’est-ce que le polydiméthylsiloxane ?
Le polydiméthylsiloxane est un polymère flexible qui a été utilisé pour créer des lentilles microscopiques flexibles. Il est connu pour sa capacité à être modelé et adapté à diverses formes et tailles.
2. Comment les lentilles microscopiques ont-elles été créées ?
Les lentilles ont été créées en organisant et en fixant de minuscules lentilles gélatineuses sur un matériau élastique. En creusant des canaux dans le matériau et en faisant circuler des fluides qui modifient la température ou recueillent de l’eau à travers ces canaux, les chercheurs peuvent dilater ou contracter les lentilles en quelques secondes.
3. Quels sont les avantages de ces lentilles microscopiques ?
Les lentilles microscopiques peuvent changer de taille et de forme en fonction des besoins, ce qui ouvre la voie à de nouvelles applications dans divers domaines, de la robotique à la biologie.
4. Quels défis ont été rencontrés lors de la création de ces lentilles ?
Le défi était de créer une connexion chimique en plus de la connexion physique pour que les lentilles restent fixées au matériau de base en silicone. Ce défi a été surmonté en utilisant un traitement au plasma, un composé à base de lithium et des longueurs d’onde spécifiques de lumière ultraviolette.
5. Quelles sont les applications potentielles de cette technologie ?
Les applications potentielles de cette technologie sont vastes. Elle pourrait être utilisée dans des systèmes de micro-projection, mais aussi dans le domaine de la biologie. En effet, l’hydrogel imite généralement le réseau gélatineux qui se trouve entre les cellules des organismes complexes, ce qui en fait un matériau de choix pour la culture de cellules ou de tissus en dehors d’un environnement biologique.
Légende illustration principale : Le visage de Stephen Morin, professeur agrégé de chimie, se réfracte à travers un ensemble de lentilles. Morin et ses collègues ont fabriqué des lentilles beaucoup plus petites – dont certaines sont nettement plus étroites qu’un cheveu humain – dont la taille et les propriétés optiques peuvent être modifiées en quelques secondes lorsqu’elles sont soumises à certains stimuli. (Image : Craig Chandler, Université de Nebraska-Lincoln)
L’équipe a transmis ses conclusions dans la revue Advanced Functional Materials « Photografting of Surface-Assembled Hydrogel Prepolymers to Elastomeric Substrates for Production of Stimuli-Responsive Microlens Arrays ».
