« Ce sang artificiel va tout changer » : des robots alimentés par une batterie biomimétique conçue pour durer bien plus longtemps

Les avancées technologiques dans le domaine de l’énergie et de la robotique ne cessent de surprendre. Des ingénieurs, inspirés par le système circulatoire humain, ont mis au point une nouvelle méthode de stockage et de distribution d’énergie liquide. Cette innovation promet de transformer non seulement le monde de la robotique mais aussi celui de la fabrication chimique. Grâce à l’injection de gaz dans une émulsion d’huile de silicone et d’eau, la capacité de stockage en oxygène est multipliée par six, imitant ainsi le stockage de l’oxygène par l’hémoglobine dans le sang. Voici un aperçu des implications de cette découverte fascinante.

Un concept inspiré par la nature

Les systèmes électrochimiques traditionnels, tels que les batteries métal-air et les piles à combustible, reposent sur la combinaison de gaz avec un électrolyte liquide et un collecteur de courant pour générer de l’énergie. Cependant, ces systèmes présentent des limites, notamment une dépendance à une petite surface d’interface et une sensibilité à l’humidité et à la température. Pour surmonter ces défis, une équipe dirigée par James Pikul, professeur associé à l’Université du Wisconsin-Madison, a développé un nouveau système de livraison d’énergie gaz-liquide inspiré du système circulatoire humain.

Plutôt que de s’appuyer sur l’exposition du gaz à une surface, l’équipe injecte le gaz directement dans l’électrolyte en utilisant une émulsion de gouttelettes d’huile de silicone dans l’eau. Cette méthode augmente considérablement la capacité de transport de gaz, jusqu’à six fois plus que l’eau seule, de la même manière que l’hémoglobine stocke l’oxygène dans le sang. Cette approche permet à l’ensemble du volume de l’électrolyte de participer à la réaction, et non pas seulement la surface, rendant ainsi la livraison d’énergie plus rapide et plus cohérente.

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L’amélioration de l’efficacité grâce à l’émulsion

Cette innovation récente s’appuie sur des travaux antérieurs où les chercheurs avaient développé un système vasculaire synthétique pour un robot mou en forme de poisson, prolongeant considérablement son temps de fonctionnement grâce à un liquide multifonctionnel qui stockait de l’énergie tout en agissant comme un actionneur hydraulique. Dans la nouvelle étude, l’équipe a cherché à concevoir un liquide capable d’utiliser l’oxygène ambiant de l’environnement, en s’inspirant des efforts passés pour créer du sang synthétique et des systèmes de respiration liquide.

Plutôt que de s’appuyer sur des composés fluorés, courants dans ces tentatives précédentes, ils ont découvert que l’huile de silicone offrait une meilleure stabilité lorsqu’elle était émulsionnée avec de l’eau. Les résultats expérimentaux ont indiqué qu’un mélange avec 20 % d’huile de silicone offre l’équilibre optimal entre le stockage d’oxygène et la conductivité ionique. Cet équilibre était essentiel : un excès d’huile restreignait le transport ionique, tandis qu’un excès d’eau diminuait la capacité de transport d’oxygène.

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Implications pour la robotique et la fabrication chimique

Le système électrolytique bioinspiré développé représente une avancée vers la création de sources d’énergie légères et efficaces pour les robots mobiles. En dehors de la robotique, ce système pourrait être appliqué dans des processus de fabrication chimique durables, comme la transformation du dioxyde de carbone en carburants ou précurseurs chimiques. En améliorant l’interaction gaz-électrolyte, la technologie pourrait réduire les coûts et l’empreinte physique des processus électrochimiques à grande échelle.

Les chercheurs envisagent d’explorer l’utilisation d’une anode liquide pour créer potentiellement un système d’alimentation entièrement liquide, ouvrant de nouvelles possibilités pour des plateformes robotiques énergétiquement denses et adaptatives. Cette avancée pourrait marquer un tournant dans la manière dont l’énergie est stockée et utilisée dans les systèmes robotiques complexes.

Perspectives d’avenir

Alors que les chercheurs continuent d’explorer les possibilités offertes par cette technologie, il est clair que les applications potentielles sont vastes. L’intégration de systèmes énergétiques multifonctionnels dans des robots complexes pourrait transformer la manière dont nous concevons et utilisons ces machines. De plus, l’utilisation de systèmes similaires dans l’industrie chimique pourrait révolutionner la production durable de matériaux essentiels.

Avec toutes ces avancées, une question demeure : comment ces innovations influenceront-elles l’avenir de la technologie et de l’industrie, et quelles nouvelles possibilités pourraient-elles engendrer pour notre société ?