Un robot inspiré des Cheerios libérant de l’alcool avec un colorant fluorescent
Jackson K. Wilt et coll. 2024
Le même phénomène qui permet aux coléoptères de flotter sur les étangs et de regrouper les Cheerios. ensemble dans votre bol de céréales peuvent être exploités pour fabriquer de minuscules robots flottants.
L’un d’eux, le Effet Marangonise produit lorsqu’un fluide avec une tension superficielle plus faible se propage rapidement à la surface d’un fluide avec une tension superficielle plus élevée. Cet effet est exploité par Sténus les coléoptères, qui ont évolué pour traverser les étangs en sécrétant une substance appelée sténusine, ainsi que les bateaux jouets alimentés par du savon.
Pour étudier comment cela pourrait être utilisé par les ingénieurs, Jackson Wilt à l’Université Harvard et ses collègues imprimé en 3D rondelles rondes en plastique d’environ un centimètre de diamètre. À l’intérieur de chacun se trouvaient une chambre à air pour la flottabilité et un petit réservoir de carburant contenant de l’alcool, qui a une tension superficielle inférieure à celle de l’eau, à des concentrations de 10 à 50 pour cent. L’alcool s’échappe progressivement de la rondelle, la propulsant à la surface de l’eau.
L’équipe a utilisé l’alcool comme carburant car il s’évapore, contrairement au savon qui finit par contaminer l’eau et gâche l’effet Marangoni. Il s’est avéré que plus l’alcool est fort, meilleur est le résultat. « La bière serait plutôt mauvaise », déclare Wilt. « La vodka est probablement la meilleure chose que vous puissiez utiliser. Absinthe… tu aurais beaucoup de propulsion. Aux vitesses maximales, les robots se déplaçaient à une vitesse de 6 centimètres par seconde, et certaines expériences ont vu les rondelles propulsées pendant jusqu’à 500 secondes.
En imprimant des rondelles avec plus d’une sortie de carburant et en les collant ensemble, les chercheurs pourraient également créer des dispositifs plus grands qui traçaient de larges courbes ou tournaient sur place. L’utilisation de plusieurs rondelles a également permis aux chercheurs d’étudier « l’effet Cheerios », c’est-à-dire lorsque les céréales ou d’autres objets flottants similaires se regroupent. Cela se produit parce qu’elles forment un ménisque, ou une surface incurvée, dans un fluide, et que ces surfaces sont attirées les unes vers les autres.
Wilt dit que les dispositifs imprimés en 3D pourraient être utiles dans l’éducation pour aider les étudiants à saisir intuitivement les concepts liés à la tension superficielle, mais pourraient également voir des applications dans des processus environnementaux ou industriels s’ils sont soigneusement conçus pour créer un comportement plus complexe et plus élégant.
Par exemple, s’il y avait une substance qui devait être dispersée dans un environnement et qui pourrait également servir de carburant approprié, les robots pourraient la diffuser automatiquement. « Disons que vous avez une étendue d’eau dans laquelle vous devez libérer un produit chimique et que vous souhaitez le répartir plus uniformément, ou que vous avez un processus chimique dans lequel vous devez déposer le matériau au fil du temps », explique Wilt. « J’ai l’impression qu’il y a un comportement vraiment intéressant ici. »
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