Impression 4D: la révolution des matériaux programmables

Équipe C2
The programmable materials revolutionizing manufacturing

Souliers métamorphes? Colonnes d’appui liquides? Sièges d’auto qui se construisent tout seuls? La Batcave du MIT de Cambridge travaille là-dessus, s’affairant à développer de nouveaux procédés d’impression et des matériaux programmables révolutionnaires.

Ce ne sont là que quelques-uns des projets futuristes auxquels se dédie l’architecte et informaticien Skylar Tibbits du Self-Assembly Lab du MIT, qu’il a fondé et qu’il codirige. Les recherches de Skylar et de son équipe ont non seulement le potentiel de redéfinir notre relation avec plusieurs objets du quotidien, mais aussi de transformer fondamentalement la façon dont nous traitons les matériaux et la fabrication d’objets.

 

Des matériaux programmables qui nous simplifient la vie

Les outils de fabrication numériques, comme les imprimantes 3D, les détoureuses et les
découpeuses de certains ateliers et labos ont fait de la programmation un nouveau langage de design. Tandis que les logiciels ont changé ce qui peut être dessiné, la fabrication numérique a changé ce qui peut être produit.

Puisque ces outils et designs sophistiqués nous permettent de construire à peu près n’importe quoi, nous concevons des objets de plus en plus difficiles à fabriquer. Vu leur complexité, ils sont plus onéreux et moins écologiques à produire, en plus de présenter un plus haut taux de défectuosité.

«Je dis souvent à la blague que si on fait face à un gros problème, on n’a qu’à l’attaquer à coup d’argent et de robots, dit Skylar. Mais on remet en question [cette approche]: comment pouvons-nous éliminer notre dépendance à l’électricité, à la mécanique et à l’informatique traditionnelle? Comment pouvons-nous fabriquer des choses avec moins d’énergie, d’embûches et de ratés?»

L’une des solutions, croit-il, est de réimaginer notre façon d’utiliser la matière.

 

Innover en 4D

D’une certaine façon, les matériaux ont toujours été programmables: le bois réagit au contact de l’eau, le métal s’active selon la température. «Mais une bonne partie de cette [compréhension] nous échappe désormais, affirme Skylar. Ce que nous proposons, c’est d’y revenir et d’aller 10 fois plus loin grâce à de nouvelles techniques de fabrication numériques et de nouveaux logiciels.»

L’idée consiste à programmer des matériaux réels afin qu’ils évoluent, s’adaptent et se reconfigurent avec le temps, explique Skylar. C’est ce qu’on appelle le 4D, et il peut s’appliquer à n’importe quel procédé industriel.

« L’impression 4D, c’est l’impression 3D à laquelle on ajoute une dimension temporelle. »  Skylar Tibbits

Le Self-Assembly Lab du MIT énonce deux grands principes: 1)Même en ce qui a trait à l’automatisation, nous devrions utiliser de meilleurs matériaux pour la fabrication – des produits qui se transforment sans pile ou mécanisme. 2) Les matériaux programmables – ces matières physiques conçues pour changer de forme et de fonction – constituent l’avenir de la robotique, en raison de leurs capacités de télédétection active, de logique, d’activation et d’autoréparation.

 

Et maintenant, quelques exemples délirants

 

Tissus adaptatifs

«Il existe de nombreuses façons d’activer le textile», explique Skylar. Vous pouvez l’étirer, imprimer dessus, le vaporiser ou le tisser pour y incorporer une force ou une énergie d’activation. Ensuite, la géométrie de la matière, de pair avec sa mécanique, dictera à l’objet quoi faire. La fibre de carbone, par exemple, a été utilisée pour créer une valve autorégulatrice sur un moteur d’avion Airbus, qui peut s’ouvrir et se fermer selon la pression et la température.

Une chaussure qui s’assemble toute seule: voici une autre des expériences incroyables de Skylar. Comme il le rappelle, «le secteur de la chaussure est dominé par la fabrication manuelle», mais un seul matériau polymère, qui s’étire et se transforme au changement de température, permet de créer des chaussures sans assemblage.

 

Blocage granulaire

Aussi connu sous le nom de «changement de phase», ce système fait passer la matière de liquide à solide et inversement, dépendamment de l’état de la particule. Vous avez probablement déjà remarqué ceci avec le café emballé sous vide: le paquet est solide comme une brique, mais une fois que l’air pénètre, on peut verser son contenu comme du liquide.

Pour leur installation Rock Print à la Biennale d’architecture de Chicago de 2015, le Self-Assembly Lab a participé à la construction d’une colonne portante sans l’utilisation de colle ni de frettage. En déposant de petites roches sur des couches de corde d’acier dans une grande boîte, les chercheurs ont provoqué une réaction de blocage. Lorsque la boîte a été retirée, les roches libres sont tombées et la structure s’est révélée. Lorsque la corde a été retirée, les roches sont redevenues un tas informe. Et voilà. Du béton réversible.

 

Transformation rapide

L’impression 3D n’est pas toujours pratique: elle prend beaucoup de temps parce qu’on doit parfois attendre que certains éléments durcissent avant de poursuivre le processus. De plus, on est limité par la taille de l’appareil et on se bat constamment avec la gravité. C’est ici que l’impression liquide rapide entre en jeu.

Avec l’impression liquide rapide, le procédé d’extrusion s’effectue dans une grande cuve de gel (la taille de l’objet à imprimer est uniquement limitée par la taille de la cuve) et parce que l’objet est suspendu dans le gel, la gravité n’est pas un enjeu. Et quand la gravité n’est pas un enjeu, on n’a pas à se soucier de la superposition. On peut alors imprimer un meuble en quelques minutes.

Ce procédé permet également l’impression de structures résistantes à l’eau et à l’air, avec des surfaces sans joints, faites de matériaux qui peuvent changer de forme et de rigidité. Le Self-Assembly Lab a récemment collaboré avec BMW afin de créer une structure gonflable dont la forme varie selon la pression de l’air à l’intérieur – par exemple, un siège d’auto pourrait s’auto-ajuster et offrir différents niveaux de confort. Éventuellement, cela pourrait mener à
des intérieurs de voiture dynamiques, avec des tableaux de bord personnalisés selon le
conducteur ou des sièges qui disparaissent quand ils ne sont pas utilisés.

L’avenir de la fabrication d’objets, croit Skylar, repose sur l’utilisation de matériaux plus intelligents qui nous permettent de fabriquer des pièces plus adaptées, produites plus facilement et plus rapidement.

«Nous croyons qu’aujourd’hui, nous programmons des machines, dit-il, et que demain, nous programmerons la matière elle-même.»

 

Les Notes de C2 Montréal: Solutions inspirantes pour leaders créatifs

Cet article est tiré de Collisions transformatives: Les Notes de C2 Montréal 2018, un condensé d’idées fortes destiné à tous ceux qui souhaitent mieux comprendre les grandes forces qui gouvernent leur industrie et le monde. Poursuivez votre lecture ici.

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