Une équipe du Massachusetts Institute of Technology (MIT) a développé des bifur-circuits, des blocs 3D reconfigurables qui maintiennent la connexion électrique même lorsqu’ils changent de forme. Cette avancée pourrait servir à créer, depuis des pinceaux robotiques adaptables jusqu’à des dispositifs d’assistance capables de reconnaître leur propre configuration sans câbles externes, selon MIT News, le portail d’information de l’institut.
Les tests de résistance ont montré que ces structures supportent plus de 10 000 compressions sans dégradation de la connectivité électrique. Ce résultat met en lumière l’un des points clés du système : il ne s’agit pas seulement de pièces mobiles, mais de composants qui transmettent encore l’électricité tout en se pliant, tournant ou se comprimant.
Les chercheurs ont également présenté plusieurs objets interactifs fabriqués avec cette approche. Parmi eux, une chaise qui peut se transformer en table avec espace de rangement ou s’aplatir pour être stockée, et qui détecte la configuration dans laquelle elle se trouve pour envoyer le message correspondant à un écran électronique.
Plus de formes sans perte de fonctionnalité électrique
Le travail décrit ces composants comme une classe de métamatériau mécanique : des structures tridimensionnelles programmables composées d’unités répétées qui adoptent des formes complexes grâce à leur géométrie. Lorsqu’on les pousse, les étire ou les comprime, elles peuvent se plier ou se tordre de manière précise.
Dans ce cas, les bifur-circuits reposent sur des métamatériaux auxétiques, qui s’élargissent lorsqu’ils sont étirés au lieu de se rétrécir. Dans des travaux antérieurs, l’équipe avait déjà utilisé ce type de structures pour construire des antennes reconfigurables adoptant trois formes distinctes selon l’étirement, permettant ainsi d’ajuster dynamiquement leur plage de fréquence sans mécanismes mobiles complexes.
La limite de cette ligne de recherche était le nombre d’états possibles. Le nouveau système élargit cette marge car les unités modulaires peuvent être connectées et tournées de différentes manières, ce qui multiplie les configurations disponibles.
L’auteure principale de l’étude, Marwa AlAlawi, étudiante de troisième cycle en ingénierie mécanique, a affirmé : « Notre travail élargit cet espace de conception », et a expliqué : « Si nous considérons les métamatériaux mécaniques comme des blocs de construction, notre travail est une façon d’exploiter leur géométrie pour intégrer une intelligence intrinsèque au matériel, ce qui pourrait ouvrir de nombreuses possibilités ».
La bifurcation mécanique génère plusieurs états stables
Le système exploite une propriété appelée bifurcation mécanique. Il s’agit d’un changement soudain dans le comportement d’un mécanisme lorsque la force appliquée dépasse un point critique, comme cela se produit lorsqu’une règle en plastique fléchit après avoir été pliée jusqu’à un certain seuil.
Dans les circuits bifurqués, cette bifurcation apparaît lorsque les blocs connectés tournent de certaines manières autour d'un point de pivot. Ce comportement permet à plusieurs unités liées de former plus de configurations stables qu'une seule pièce séparée. AlAlawi a précisé : « La bifurcation nous permet d'élargir considérablement cet espace de reconfiguration. Avec l'ajout d'une unité supplémentaire, nous obtenons beaucoup plus de combinaisons à partir de la même structure ».
La capacité interactive découle du fait que la connexion et la rotation des composants activent un circuit spécifique entre les unités adjacentes. Cette communication entre les blocs permet à la structure de détecter quelle forme elle a adoptée.
Outil pour concevoir et simuler des objets
L'un des principaux défis du développement a été de trouver un matériau suffisamment flexible pour se plier tout en maintenant une conduction électrique efficace. « Le matériau conducteur a été une contrainte avec laquelle nous avons dû travailler pendant le processus de conception, et il a déterminé la manière dont la détection entre les blocs allait se produire », a précisé AlAlawi.
Une fois ce point résolu, les chercheurs ont développé un outil de construction et de simulation pour simplifier la conception des circuits bifurqués. Le logiciel génère des instructions pour une imprimante 3D multimatériaux, capable de fabriquer les objets reconfigurables en une seule passe.
L'étude a également montré un contrôleur capable de changer de forme et d'ouvrir l'un des plusieurs jeux vidéo selon sa configuration. L'équipe soutient que la même logique pourrait être appliquée aux outils interactifs de rééducation, aux pinces changeantes pour robots mous modulaires, aux abris reconfigurables pour répondre à des conditions environnementales variables après une catastrophe naturelle et aux antennes pour les communications et la détection qui ajustent leur fréquence sans pièces mécaniques encombrantes.
Pour l'étape suivante, les chercheurs prévoient d'élargir les applications du système, d'incorporer plus d'interactivité et d'explorer d'autres géométries de métamatériaux. Il convient de noter que l'étude a également impliqué des chercheurs de l'Université de Tokyo et de l'Université du Michigan.