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Appareils souples : alimentés par des algues "stressées" : brillent dans le noir lorsqu'ils sont écrasés ou étirés :

Des chercheurs de l’Université de Californie à San Diego ont mis au place des dispositifs souples contenant des algues qui brillent dans le noir lorsqu’ils subissent des contraintes mécaniques, comme être écrasés, étirés, tordus ou pliés. Les appareils ne nécessitent aucune électronique pour s’allumer, ce qui en fait un choix idéal pour construire des robots mous qui explorent les profondeurs marines et d’autres environnements sombres, ont déclaré les chercheurs.

Les travaux ont été publiés récemment dans Nature Communications.

Les chercheurs se sont inspirés pour ces appareils des ondes bioluminescentes qui se produisent parfois sur les plages de San Diego lors des marées rouges. Shengqiang Cai, professeur de génie mécanique et aérospatial à la UC San Diego Jacobs College of Engineering et auteur principal de l’étude, regardait les vagues bleues brillantes avec sa famille une nuit de printemps et était curieux d’en savoir additionally sur les leads to de cet impressionnant affichage.

La source de la lueur est un form d’algues unicellulaires appelées dinoflagellés. Mais ce qui a particulièrement fasciné Cai, c’est d’apprendre que les dinoflagellés produisent de la lumière lorsqu’ils sont soumis à des contraintes mécaniques, telles que les forces des vagues de l’océan. “C’était très intéressant pour moi parce que mes recherches se concentrent sur la mécanique des matériaux – tout ce qui concerne la façon dont la déformation et les contraintes affectent le comportement des matériaux”, a-t-il déclaré.

Cai voulait exploiter cette lueur naturelle pour développer des dispositifs pour robots mous pouvant être utilisés dans l’obscurité sans électricité. Il a fait équipe avec Michael Latz, biologiste marin à la Scripps Institution of Oceanography de l’UC San Diego, qui étudie la bioluminescence chez les dinoflagellés et remark elle réagit à diverses ailments de débit d’eau. La collaboration était une celebration parfaite de fusionner la recherche fondamentale de Latz sur la bioluminescence avec le travail de science des matériaux de Cai pour les apps robotiques.

Pour fabriquer les dispositifs, les chercheurs injectent une solution de culture du dinoflagellé Pyrocystis lunula dans une cavité d’un matériau souple, extensible et clear. Le matériau peut avoir n’importe quelle forme – ici, les chercheurs ont testé une variété de formes, notamment des feuilles plates, des constructions en forme de X et de petites poches.

Lorsque le matériau est pressé, étiré ou déformé de quelque manière que ce soit, il provoque l’écoulement de la resolution de dinoflagellés à l’intérieur. Le stress mécanique de ce flux déclenche la lueur des dinoflagellés. Une caractéristique clé de la conception ici est que la floor intérieure du matériau est bordée de petits piliers pour lui donner une texture intérieure rugueuse. Cela perturbe l’écoulement du fluide à l’intérieur du matériau et le rend in addition résistant. Un flux in addition fort applique moreover de pressure aux dinoflagellés, ce qui déclenche à son tour une lueur additionally brillante.

Les appareils sont si sensibles que même un léger tapotement suffit à les faire briller. Les chercheurs ont également fait briller les appareils en les faisant vibrer, en dessinant sur leurs surfaces et en soufflant de l’air dessus pour les faire se plier et se balancer – ce qui montre qu’ils pourraient potentiellement être utilisés pour récolter le flux d’air afin de produire de la lumière. Les chercheurs ont également inséré de petits aimants à l’intérieur des appareils afin qu’ils puissent être dirigés magnétiquement, brillant lorsqu’ils se déplacent et se contorsionnent.

Les appareils peuvent être rechargés avec de la lumière. ce qui signifie qu’ils utilisent la lumière du soleil pour produire de la nourriture et de l’énergie. La lumière brillante sur les appareils pendant la journée leur donne le jus dont ils ont besoin pour briller pendant la nuit.

La beauté de ces appareils, a noté Cai, est leur simplicité. “Ils sont pratiquement sans entretien. Une fois que nous avons injecté une resolution de lifestyle dans les matériaux, c’est tout. Tant qu’ils sont rechargés avec la lumière du soleil, ils peuvent être utilisés encore et encore pendant au moins un mois. Nous n’avons pas besoin de changer trouver la resolution ou quoi que ce soit. Chaque appareil est son propre petit écosystème – un matériau vivant conçu. ”

Le in addition grand défi consistait à trouver remark maintenir les dinoflagellés en vie et prospérer à l’intérieur des buildings matérielles. “Lorsque vous placez des organismes vivants dans un espace clos synthétique, vous devez réfléchir à la manière de rendre cet espace habitable – comment il laissera entrer et sortir l’air, par exemple – tout en conservant les propriétés matérielles que vous souhaitez. “, a déclaré le premier auteur de l’étude, Chenghai Li, titulaire d’un doctorat en génie mécanique et aérospatial. étudiant dans le laboratoire de Cai. La clé, a noté Li, était de rendre le polymère élastique avec lequel il travaillait suffisamment poreux pour que des gaz comme l’oxygène puissent passer à travers sans que la option de culture ne s’échappe. Les dinoflagellés peuvent survivre in addition d’un mois à l’intérieur de ce matériau.

Les chercheurs créent maintenant de nouveaux matériaux incandescents avec les dinoflagellés. Dans cette étude, les dinoflagellés remplissent simplement la cavité d’un matériau déjà existant. Dans la prochaine étape de leur travail, l’équipe les utilise comme ingrédient du matériau lui-même. “Cela pourrait offrir in addition de polyvalence dans les tailles et les formes que nous pouvons expérimenter à l’avenir”, a déclaré Li.

L’équipe est enthousiasmée par les possibilités que ce travail pourrait apporter aux domaines de la biologie maritime et de la science des matériaux. “C’est une belle démonstration de l’utilisation d’organismes vivants pour une software d’ingénierie”, a déclaré Latz. “Ce travail carry on de faire progresser notre compréhension des systèmes bioluminescents du côté de la recherche fondamentale tout en ouvrant la voie à une variété d’applications, allant des capteurs de power biologiques à la robotique sans électronique et bien furthermore encore.”

Ce travail a été soutenu par l’Office of Naval Study (subvention N00014-17-1-2062) et le US Military Analysis Business (subvention 2911NF-20-2-0182).

Vidéo  : https://youtu.be/JhwUB7KIex4