Un nouvel actionneur électrostatique utilise des ferroélectriques pour multiplier par 1 200 les forces musculaires artificielles

Jul 06, 2023

Des chercheurs du Tokyo Institute of Technology et d'ENEOS Corporation ont développé des actionneurs électrostatiques de haute puissance qui, selon eux, pourraient fournir un moyen d'étendre la technologie pour une utilisation dans les muscles artificiels - tout en fonctionnant à une faible tension d'entraînement.

Les actionneurs électrostatiques, qui déplacent des objets à l'aide de champs électriques, sont assez simples à fabriquer, car ils comprennent deux électrodes de charge opposée qui génèrent une force par l'application d'électricité. Ils se sont même avérés utiles pour faire bouger des muscles artificiels, avec un inconvénient majeur : la mise à l'échelle de la technologie jusqu'à une musculature de type humain signifie qu'il faut alimenter les appareils avec une tension beaucoup trop élevée pour une sécurité raisonnable.

C'est ce problème que les chercheurs prétendent avoir résolu, en passant des supports paraélectriques traditionnels aux ferroélectriques - en augmentant la force disponible à des tensions plus basses. "Les supports ferroélectriques sont supérieurs aux supports paraélectriques ordinaires pour une utilisation dans les actionneurs électrostatiques à deux égards", explique Suzushi Nishimura, professeur à Tokyo Tech et responsable du projet. "L'une est qu'ils peuvent générer une force plus élevée en maintenant une grande polarisation même à basse tension, et l'autre est que leur réponse en tension est presque linéaire, ce qui se traduit par une bonne contrôlabilité de l'appareil."

À l'aide d'un cristal liquide nématique qui circule à température ambiante, l'équipe a pu créer des forces sur les électrodes environ 1 200 fois plus élevées qu'avec des matériaux traditionnels comme l'huile isolante. Une électrode à double bobine hélicoïdale imprimée en 3D a également prouvé le concept plus qu'une théorie : « Lorsque nous avons appliqué un champ électrique de 0,25 MV m⁻¹, l'appareil s'est contracté de 6,3 mm [environ 0,25 »], soit environ 19 % de sa longueur d'origine », explique Nishimura. "L'observation visuelle a montré que l'appareil bouge lorsqu'une tension de 20 V est appliquée. Cela signifie que même une pile sèche peut alimenter le présent actionneur."

Les travaux de l'équipe ont été publiés dans la revue Advanced Physics Research, avec une première copie disponible sur la bibliothèque en ligne Wiley sous des conditions de libre accès.