FibeRobo du MIT est une fibre révolutionnaire réactive à la température, capable de transformer les textiles en vêtements adaptatifs. Produit de manière économique et respectueux de la machine, il a été conçu pour des applications pratiques telles que les soutiens-gorge de sport et les vestes pour chiens. Les objectifs futurs incluent le rendre respectueux de l’environnement et simplifier sa production pour une utilisation généralisée.
Le FibeRobo à faible coût, compatible avec les techniques de fabrication textile existantes, pourrait être utilisé dans des vêtements de performance adaptatifs ou des vêtements de compression.
Au lieu d’avoir besoin d’un manteau pour chaque saison, imaginez avoir une veste qui changerait de forme de manière dynamique pour devenir plus isolante et vous garder au chaud lorsque la température baisse.
Une fibre d’actionnement programmable développée par une équipe interdisciplinaire de MIT les chercheurs pourraient un jour faire de cette vision une réalité. Connue sous le nom de FibeRobo, la fibre se contracte en réponse à une augmentation de la température, puis s’inverse automatiquement lorsque la température diminue, sans aucun capteur intégré ni autre composant dur.
Des chercheurs du MIT et de la Northeastern University ont développé une fibre élastomère à cristaux liquides capable de changer de forme en réponse à des stimuli thermiques. La fibre, qui est entièrement compatible avec les machines de fabrication textile existantes, pourrait être utilisée pour fabriquer des textiles morphing, comme une veste qui devient plus isolante pour garder celui qui la porte au chaud lorsque les températures baissent. Crédit : Avec l’aimable autorisation des chercheurs
Intégration transparente dans la production textile
La fibre à faible coût est entièrement compatible avec les techniques de fabrication textile, notamment les métiers à tisser, la broderie et les machines à tricoter industrielles, et peut être produite en continu au kilomètre. Cela pourrait permettre aux concepteurs d’intégrer facilement des capacités d’actionnement et de détection dans une large gamme de tissus pour une myriade d’applications.
La fibre se contracte en réponse à une augmentation de la température, puis s’inverse automatiquement lorsque la température diminue, sans aucun capteur intégré ni autre composant dur. Crédit : Avec l’aimable autorisation des chercheurs
Les fibres peuvent également être combinées avec du fil conducteur, qui agit comme un élément chauffant lorsque le courant électrique le traverse. De cette manière, les fibres sont actionnées grâce à l’électricité, ce qui offre à l’utilisateur un contrôle numérique sur la forme d’un textile. Par exemple, un tissu peut changer de forme en fonction de n’importe quelle information numérique, telle que les lectures d’un capteur de fréquence cardiaque.
Textiles adaptatifs et recherche multidisciplinaire
« Nous utilisons des textiles pour tout. Nous fabriquons des avions avec des composites renforcés de fibres, nous couvrons Station spatiale internationale avec un tissu de protection contre les radiations, nous les utilisons pour l’expression personnelle et les performances. Une grande partie de notre environnement est adaptative et réactive, mais la seule chose qui doit être la plus adaptative et réactive – les textiles – est complètement inerte », déclare Jack Forman, étudiant diplômé du Tangible Media Group du MIT Media Lab, avec une affiliation secondaire au Center for Bits and Atoms et auteur principal d’un article sur la fibre d’actionnement.
Les chercheurs ont utilisé un matériau appelé élastomère à cristaux liquides (LCE). La résine LCE épaisse et visqueuse est chauffée, puis lentement pressée à travers une buse semblable à celle d’un pistolet à colle. Au fur et à mesure que la résine sort, elle est soigneusement durcie à l’aide de lampes UV qui brillent des deux côtés de la fibre qui s’extrude lentement. Crédit : Avec l’aimable autorisation des chercheurs
Il est rejoint sur l’article par 11 autres chercheurs du MIT et de la Northeastern University, dont ses conseillers, le professeur Neil Gershenfeld, qui dirige le Center for Bits and Atoms, et Hiroshi Ishii, professeur Jerome B. Wiesner d’arts et de sciences médiatiques et directeur. du groupe Tangible Media. La recherche sera présentée au symposium ACM sur les logiciels et technologies d’interface utilisateur.
Matériaux de morphing
Les chercheurs du MIT recherchaient une fibre capable de s’actionner silencieusement et de changer radicalement de forme, tout en étant compatible avec les procédures de fabrication textile courantes. Pour y parvenir, ils ont utilisé un matériau appelé élastomère à cristaux liquides (LCE).
Un cristal liquide est une série de molécules qui peuvent s’écouler comme un liquide, mais lorsqu’on les laisse se déposer, elles s’empilent dans un arrangement cristallin périodique. Les chercheurs incorporent ces structures cristallines dans un réseau d’élastomère extensible comme un élastique.
À mesure que le matériau LCE chauffe, les molécules cristallines se désalignent et rapprochent le réseau élastomère, provoquant la contraction de la fibre. Lorsque la chaleur est évacuée, les molécules reviennent à leur alignement d’origine et le matériau à sa longueur d’origine, explique Forman.
Les chercheurs du MIT ont utilisé FibeRobo pour démontrer plusieurs applications, notamment un soutien-gorge de sport adaptatif fabriqué par broderie qui se resserre lorsque l’utilisateur commence à faire de l’exercice. Crédit : Avec l’aimable autorisation des chercheurs
En mélangeant soigneusement les produits chimiques pour synthétiser le LCE, les chercheurs peuvent contrôler les propriétés finales de la fibre, comme son épaisseur ou la température à laquelle elle s’actionne.
Ils ont perfectionné une technique de préparation qui crée une fibre LCE qui peut s’actionner à des températures sans danger pour la peau, la rendant adaptée aux tissus portables.
« Il y a beaucoup de boutons sur lesquels nous pouvons agir. Cela a demandé beaucoup de travail pour inventer ce procédé à partir de zéro, mais au final, cela nous donne beaucoup de liberté pour la fibre résultante », ajoute-t-il.
Cependant, les chercheurs ont découvert que la fabrication de fibres à partir de résine LCE est un processus délicat. Les techniques existantes aboutissent souvent à une masse fondue impossible à dérouler.
Les chercheurs explorent également d’autres moyens de fabriquer des fibres fonctionnelles, par exemple en incorporant des centaines de puces numériques à micro-échelle dans un polymère, en utilisant un système fluidique activé ou en incluant un matériau piézoélectrique capable de convertir les vibrations sonores en signaux électriques.
Fabrication de fibres
Forman a construit une machine en utilisant des pièces imprimées en 3D et découpées au laser et des composants électroniques de base pour surmonter les défis de fabrication. Il a initialement construit la machine dans le cadre du cours d’études supérieures MAS.865 (Prototypage rapide de machines de prototypage rapide : comment fabriquer quelque chose qui fait (presque) n’importe quoi).
Pour commencer, la résine LCE épaisse et visqueuse est chauffée, puis lentement pressée à travers une buse semblable à celle d’un pistolet à colle. Au fur et à mesure que la résine sort, elle est soigneusement durcie à l’aide de lampes UV qui brillent des deux côtés de la fibre qui s’extrude lentement.
Si la lumière est trop faible, le matériau se séparera et s’égouttera hors de la machine, mais si elle est trop lumineuse, des amas peuvent se former, ce qui donnera des fibres bosselées.
Ensuite, la fibre est trempée dans l’huile pour lui donner un revêtement glissant et durcie à nouveau, cette fois avec des lampes UV allumées à plein régime, créant une fibre solide et lisse. Enfin, il est collecté dans une bobine supérieure et trempé dans de la poudre afin de pouvoir glisser facilement dans les machines de fabrication textile.
De la synthèse chimique à la bobine finie, le processus prend environ une journée et produit environ un kilomètre de fibre prête à l’emploi.
Ils ont également utilisé une machine à tricoter industrielle pour créer une veste de compression pour le chien de l’auteur principal Jack Forman, dont le nom est Professeur. La veste actionnerait et « serrerait » le chien dans ses bras grâce à un signal Bluetooth provenant du smartphone de Forman. Crédit : Avec l’aimable autorisation des chercheurs
« En fin de compte, vous ne voulez pas d’une fibre de diva. Vous voulez une fibre qui, lorsque vous travaillez avec elle, s’intègre dans l’ensemble des matériaux – une fibre avec laquelle vous pouvez travailler comme n’importe quel autre matériau fibreux, mais qui possède ensuite de nombreuses nouvelles capacités intéressantes », explique Forman.
La création d’une telle fibre a nécessité de nombreux essais et erreurs, ainsi que la collaboration de chercheurs experts dans de nombreuses disciplines, de la chimie au génie mécanique en passant par l’électronique et la conception.
La fibre résultante, appelée FibeRobo, peut se contracter jusqu’à 40 pour cent sans se plier, s’actionner à des températures sans danger pour la peau (la version sans danger pour la peau de la fibre se contracte jusqu’à environ 25 pour cent) et être produite avec une configuration à faible coût pendant 20 cents par mètre, ce qui est environ 60 fois moins cher que les fibres à changement de forme disponibles dans le commerce.
La fibre peut être incorporée dans des machines à coudre et à tricoter industrielles, ainsi que dans des processus non industriels tels que des métiers à tisser manuels ou du crochet manuel, sans qu’il soit nécessaire de modifier le processus.
Applications textiles et orientations futures
Les chercheurs du MIT ont utilisé FibeRobo pour démontrer plusieurs applications, notamment un soutien-gorge de sport adaptatif fabriqué par broderie qui se resserre lorsque l’utilisateur commence à faire de l’exercice.
Ils ont également utilisé une machine à tricoter industrielle pour créer une veste de compression pour le chien de Forman, nommé Professeur. La veste actionnerait et « serrerait » le chien dans ses bras grâce à un signal Bluetooth provenant du smartphone de Forman. Les vestes de compression sont couramment utilisées pour soulager l’anxiété de séparation qu’un chien peut ressentir lorsque son propriétaire est absent.
À l’avenir, les chercheurs souhaitent ajuster les composants chimiques de la fibre pour qu’elle soit recyclable ou biodégradable. Ils souhaitent également rationaliser le processus de synthèse des polymères afin que les utilisateurs sans expertise en laboratoire humide puissent le réaliser eux-mêmes.
Forman est ravi de voir les applications FibeRobo identifiées par d’autres groupes de recherche à mesure qu’ils s’appuient sur ces premiers résultats. À long terme, il espère que FibeRobo pourra devenir quelque chose qu’un fabricant pourra acheter dans un magasin d’artisanat, tout comme une pelote de laine, et l’utiliser pour produire facilement des tissus morphing.
« Les fibres LCE prennent vie lorsqu’elles sont intégrées dans des textiles fonctionnels. Il est particulièrement fascinant d’observer comment les auteurs ont exploré des créations textiles créatives en utilisant une variété de modèles de tissage et de tricot », déclare Lining Yao, professeur agrégé Cooper-Siegel d’interaction homme-machine à l’Université Carnegie Mellon, qui n’a pas participé à ce travail. .
Cette recherche a été soutenue, en partie, par la bourse commémorative William Asbjornsen Albert, le programme de professeur invité Dr Martin Luther King Jr., Toppan Printing Co., Honda Research, le Chinese Scholarship Council et Shima Seiki. L’équipe comprenait Ozgun Kilic Afsar, Sarah Nicita, Rosalie (Hsin-Ju) Lin, Liu Yang, Akshay Kothakonda, Zachary Gordon et Cedric Honnet du MIT ; et Megan Hofmann et Kristen Dorsey de la Northeastern University.
