Aux limites de l’innovation

La 4D : une révolution dans le monde de l’impression

Une technologie qui mise sur le dynamisme des matériaux

Vous avez sans doute une vague idée de ce qu’est la 4D au cinéma : il en est question lorsque sont ajoutés à la projection d’un film en 3D des effets sensoriels qui enrichissent l’expérience de visionnage : mouvement des sièges, odeur, pluie, vent, fumée…

Dans le domaine de l’impression, on parle de 4D lorsque l’objet imprimé intègre une dimension temporelle. Autrement dit, lorsqu’il possède des propriétés qui lui permettent d’évoluer et de s’adapter à différents milieux au fil du temps, à l’instar des organismes vivants.

L’impression 4D a été révélée par le MIT (Massachusetts Institute of Technology) qui a eu l’idée novatrice d’imprimer des matériaux capables de changer de forme sous l’effet de la température ou de l’eau. On compte parmi eux le bois, le carbone, le plastique ou encore le textile. Grâce à l’impression 3D, les chercheurs ont pu associer des matériaux aux propriétés différentes et obtenir des objets étonnants qui peuvent s’étirer ou se replier tous seuls.

Cette innovation agrandissait encore le champ des possibles ouvert par la 3D en permettant de créer des objets intelligents capables de réagir à leur environnement, et ce dans différents domaines : vêtements qui changent de consistance en fonction des conditions climatiques, tuyaux qui se transforment sur-mesure pour mieux acheminer l’eau, appareils électroménagers qui adapteraient leurs performances au milieu dans lequel ils sont utilisés…

 

4d printing
Le projet Logic Matter du MIT

Le principe d’auto-assemblage

Imaginez un meuble qui s’assemble tout seul après avoir été aspergé d’eau, ou encore des briques qui se transforment pour s’adapter à la pression d’un mur… Pour Skylar Tibbits, chercheur au Self-Assembly Lab du MIT, il s’agit de l’avenir de la construction : « Je crois que bientôt nos immeubles et nos machines s’auto-assembleront, se reproduiront et se répareront tous seuls ».

En conférence, Tibbits n’hésite pas à opposer nos constructions lourdes et gigantesques (grattes-ciels, fusées…) au pouvoir naturel des protéines ou de l’ADN, capables de se modifier et d’être reproduits à la vitesse de l’éclair. Si ces derniers sont plus complexes à manipuler que les matériaux que l’on utilise habituellement dans nos constructions, ils sont beaucoup plus efficaces en termes d’énergie et surtout, ils peuvent assurer leur longévité tous seuls en s’auto-réparant.

Quelques projets du MIT sont déjà concluants, comme les MacroBot et les DeciBot, ces robots reconfigurables à large échelle ou encore le projet Logic Matter, qui permet à son utilisateur de programmer ce qu’il veut que les composants fassent et les voir s’exécuter dans un espace à trois dimensions.

 

 

Un exemple récent d’impression 4D : des fleurs qui réagissent à l’eau

Dernièrement, des scientifiques de l’université de Harvard ont  réussi à développer des structures qui peuvent changer de forme lorsqu’elles sont immergées dans l’eau. Inspirés par la façon dont les plantes se modifient sous l’effet de leur environnement, les chercheurs ont utilisé comme matériau d’impression de l’hydrogel à base de fibrilles de cellulose qui gonflent au contact de l’eau. D’après la chercheuse Jennifer Lewis, l’impression est contrôlée par un modèle mathématique qui permet de prédire la déformation, la torsion et le froissement du matériau.

L’expérience a été réalisée en imprimant deux structures identiques en forme de fleur. L’hydrogel était programmé pour qu’une fois plongés dans l’eau, les pétales évoluent de façons différentes.

 

 

Si ces expériences et ces projets en développement peuvent paraître très techniques, le principe sur lequel ils se basent pourrait être à l’origine de grands progrès dans l’ingénierie tissulaire : on peut imaginer par exemple des prothèses qui s’adapteraient en fonction des plaies, et même la création, à terme, d’organes de remplacement intelligents… Les progrès de la 4D sont donc à suivre de très près !

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