Des robots imprimés avec des os, des ligaments et des tendons

L'impression 3D progresse rapidement et la gamme des matériaux utilisables s'est considérablement élargie. Alors que la technologie était auparavant limitée aux plastiques à durcissement rapide, elle est désormais adaptée aux plastiques à durcissement lent. Ces derniers présentent des avantages décisifs, car ils ont des propriétés élastiques accrues et sont plus durables et robustes.

L'utilisation de ces polymères est rendue possible par une nouvelle technologie développée par des chercheuses et chercheurs de l'ETH Zurich et une start-up américaine. Ainsi, on peut désormais imprimer en 3D des robots complexes et plus durables à partir de divers matériaux de haute qualité en une seule fois. Cette nouvelle technologie permet également de combiner facilement des matériaux souples, élastiques et rigides. Les scientifiques peuvent également l'utiliser pour créer des structures délicates et des pièces comportant des cavités.

Matériaux qui reviennent à leur état d'origine

Grâce à cette nouvelle technologie, des scientifiques de l'ETH Zurich ont réussi pour la première fois à imprimer une main robotisée avec des os, des ligaments et des tendons composés de différents polymères en une seule fois. «Nous n'aurions pas pu fabriquer cette main avec les polyacrylates à polymérisation rapide que nous utilisions jusqu'à présent pour l'impression 3D», explique Thomas Buchner, doctorant dans le groupe de Robert Katzschmann, professeur de robotique à l'ETH Zurich, et premier auteur de l'étude. «Nous utilisons maintenant des polymères thiolènes à polymérisation lente. Ils ont de très bonnes propriétés élastiques et reviennent à leur état d'origine beaucoup plus rapidement que les polyacrylates». Les polymères thioléniques sont donc idéaux pour produire les ligaments élastiques de la main robotisée.

En outre, la rigidité des thiolènes peut être réglée avec précision pour répondre aux exigences des robots souples. «Les robots faits de matériaux souples, comme la main que nous avons développée, présentent des avantages par rapport aux robots conventionnels faits de métal. Comme ils sont souples, ils présentent moins de risques de blessures lorsqu'ils travaillent avec des humains et ils sont mieux adaptés à la manipulation de marchandises fragiles», explique Robert Katzschmann.

Scanner au lieu de gratter

Les imprimantes 3D produisent généralement des objets couche par couche : des buses déposent un matériau donné sous forme visqueuse à chaque point ; une lampe UV durcit ensuite immédiatement chaque couche. Les méthodes précédentes impliquaient un dispositif qui grattait les irrégularités de la surface après chaque étape de durcissement. Cette méthode ne fonctionne qu'avec les polyacrylates à durcissement rapide. Les polymères à durcissement lent, tels que les thiolènes et les époxydes, encrasseraient le racloir.

Pour tenir compte de l'utilisation de polymères à durcissement lent, les scientifiques ont perfectionné l'impression 3D en ajoutant un scanner laser 3D qui vérifie immédiatement chaque couche imprimée pour détecter d'éventuelles irrégularités de surface. «Un mécanisme de rétroaction compense ces irrégularités lors de l'impression de la couche suivante en calculant les ajustements nécessaires à la quantité de matériau à imprimer en temps réel et avec une précision extrême», explique Wojciech Matusik, professeur au Massachusetts Institute of Technology (MIT) aux États-Unis et coauteur de l'étude. Cela signifie qu'au lieu de lisser les couches irrégulières, la nouvelle technologie prend simplement en compte les irrégularités lors de l'impression de la couche suivante.

Inkbit, une spin-off du MIT, était responsable du développement de la nouvelle technologie d'impression. Les chercheuses et chercheurs de l'ETH Zurich ont développé plusieurs applications robotiques et ont contribué à optimiser la technologie d'impression pour une utilisation avec des polymères à durcissement lent. Les scientifiques suisses et américains viennent de publier conjointement la technologie et leurs exemples d'applications dans la revue Nature.

À l'ETH Zurich, le groupe de Robert Katzschmann utilisera la technologie pour explorer d'autres possibilités, concevoir des structures encore plus sophistiquées et développer d'autres applications. Inkbit prévoit d'utiliser la nouvelle technologie pour offrir un service d'impression 3D à ses clientes et clients et pour vendre les nouvelles imprimantes.