Des chercheurs de l'Université du Jiangsu ont développé une plateforme robotique souple photosensible basée sur des élastomères à cristaux liquides (LCE) qui permet des mouvements programmables d'escalade et de métamorphose grâce à une programmation structurelle hiérarchique et topologique. Le travail, publié le 11 octobre 2025 dans la revue Chinese Journal of Polymer Science, démontre comment le contrôle de l'orientation moléculaire et de la topologie peut débloquer des modes de mouvement incluant l'enroulement, le serrage, la locomotion et l'auto-verrouillage dans les systèmes robotiques souples.
L'étude présente une stratégie de conception hiérarchique qui structure les LCE en formes 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 mécaniquement pré-alignés, les actionneurs réalisent une opération à distance, une préhension adaptative au terrain et même une escalade de poteaux semblable à celle des koalas. Les chercheurs ont fabriqué des films LCE via une réaction thiol-acrylate en deux étapes et 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 des rayons X.
Une structure tri-couche (AgNW/LCE/PI) a amélioré l'absorption NIR par 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 comme des grottes, des pentes et des canyons. Sous illumination, l'actionneur se contracte avec des angles de flexion contrôlables et des performances cycliques stables. Un actionneur semblable à une vigne a réalisé une escalade photo-induite par contraction séquentielle des régions queue-corps-tête, entraînée par des gradients de température mobiles lors du balayage NIR, avec une imagerie infrarouge confirmant le transfert de chaleur coordonné pendant l'escalade sur des poteaux verticaux.
L'équipe a en outre introduit une programmation topologique de type Möbius, où des structures torsadées à 180° ont permis une action réversible, tandis que des torsions à 360° ont produit une déformation d'auto-verrouillage, formant des anneaux concentriques ou des états en « 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 en portant une charge 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, notant que les structures LCE hiérarchiques permettent des modes d'actionnement auparavant inaccessibles à la robotique souple conventionnelle.
Cette conception démontre comment la programmation structurelle aux échelles moléculaire et géométrique débloque des comportements de métamorphose ressemblant à des vrilles biologiques et des animaux. Les chercheurs estiment que cette approche offre un cadre général pour concevoir de futurs systèmes robotiques souples capables de naviguer dans des environnements tridimensionnels complexes. L'étude présente une stratégie évolutive pour la robotique souple de nouvelle génération, où un seul système matériel peut grimper, saisir, s'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 micromanipulation sous guidage NIR.
La topologie 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 non attachées. Le travail met en lumière comment la logique structurelle bio-inspirée peut transformer les LCE en systèmes robotiques adaptatifs. La recherche est documentée dans l'article de revue disponible à https://doi.org/10.1007/s10118-025-3418-3.
