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Une nouvelle stratégie de microfabrication pour une peau de requin artificielle 3D multifonctionnelle

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Une nouvelle stratégie de microfabrication pour une peau de requin artificielle 3D multifonctionnelle

Biomimétisme : de la peau naturelle de requin à la peau de requin artificielle en 3D Crédit : Université de Hanyang

Dans la nature, les requins nagent à grande vitesse dans les profondeurs océaniques en raison de leur grande capacité à réduire la traînée. Les écoulements d’eau autour de la peau du requin sont perturbés par des structures microscopiques qui se chevauchent et se chevauchent, appelées denticules. En plus de cette rugosité de surface, l’eau glisse à une interface solide-liquide avec de nombreuses microbilles en forme de rainures sur des microcellules individuelles.


De plus, la peau de requin présente une haute résistance à la pénétration en raison de sa structure à quatre couches allant de l’émail au derme. Il existe des gradations mécaniques avec des couches dures et molles de l’extérieur vers l’intérieur de la peau de requin.

La peau de requin unique et fonctionnelle trouvée dans la nature est la motivation derrière cette étude publiée dans Matériaux avancés, le premier à fabriquer des microparticules tridimensionnelles (3D) entrelacées avec des microparticules pointues. La peau de requin artificielle 3D permet de multiples fonctions en imitant les caractéristiques morphologiques et physiques de la peau de requin naturelle.

De nombreuses études antérieures ont été menées pour développer une peau de requin artificielle qui imite la peau de requin naturelle avec des avantages fonctionnels. Cependant, il était difficile de former une morphologie 3D imbriquée tout en conservant la forme des microplaques sur les microparticules. Les déformations thermiques indésirables restent un problème pour les microdents à base de polymère qui sont périodiquement disposées avec un espacement étroit.

Pour résoudre ce problème, Wei et ses collègues ont fabriqué de petites particules à texture nervurée en utilisant un composite de particules magnétiques et de polymères flexibles. Ensuite, les microcellules 3D ont été amenées à se plier jusqu’à ce qu’elles se chevauchent sous un champ magnétique externe.

Bien que ce concept soit intéressant, il est nécessaire de corriger cette interférence magnétique pour activer la peau de requin lorsque le champ magnétique est supprimé. « Nous avons récemment développé une stratégie de stabilisation chimique de la forme pour fabriquer des peaux de requin imbriquées en 3D », a déclaré Jeong Jae-wei, professeur au Département de technologie organique et nano-ingénierie de l’Université de Hanyang.

« Les fines particules doivent être exécutées dans la direction opposée pour recouvrir une fine couche de résine polymère liquide sur la peau du requin. Après avoir changé l’exécution dans le sens avant, une fine couche de polymère est traitée, ce qui complète la microfabrication du requin artificiel 3D. peau soumise à des interférences magnétiques statiques », a déclaré Jeong Eun. Park, premier auteur de l’étude publiée :

Peau de requin 3D électriquement conductrice, fabriquée avec précision à l’aide de moteurs magnétiques. Crédit : Université de Hanyang.

« Le point unique de ce travail est la capacité de la peau de requin artificielle en 3D à présenter de multiples fonctions, alors que d’autres études n’ont pu documenter qu’une ou deux caractéristiques », a déclaré Seung-Joo Lee, collaborateur de Wei, de l’Université d’Ulsan.

L’équipe de recherche a démontré pour la première fois la réduction de la traînée, une fonction représentative de la peau naturelle du requin. La peau de requin synthétique 3D hydrophobe réduit la traînée lorsque l’eau s’écoule vers l’avant des microbilles.

« Dans la peau de requin hydrophobe, des bulles d’air de petite taille sont piégées entre des microcellules qui se chevauchent, provoquant le glissement de la couche d’eau sur les bulles d’air », a ajouté Rokyun Kwak, collaborateur de Wei, de l’Université de Hanyang.

En plus de cette fonction de réduction de la traînée, la peau de requin artificielle 3D présente un faible frottement lorsque l’échantillon est rayé vers l’avant et une résistance mécanique élevée avec récupération structurelle, grâce à la structure microorganelle entrelacée.

« Il est intéressant de noter que ces fonctions peuvent être améliorées en enduisant la peau de requin à base de polymère, mécaniquement douce, d’une couche nano-fine d’un matériau mécaniquement cassant. Ce concept est motivé par la structure en couches dure-molle de la peau de requin naturelle », a ajouté Wei.

« Normalement, une couche mécaniquement douce présente une friction de surface élevée contre le contact avec les obstacles environnants. Cependant, dans ce travail, le coefficient de friction diminue lors du revêtement de la peau de requin avec une fine couche de céramique, car des propriétés rigides et élastiques coexistent sur cette peau de requin à trois couches », Way expliqué. . Collaboratrice, Sanha Kim du Korea Advanced Institute of Science and Technology.

L’équipe de Wei a ensuite recouvert la peau de requin à trois couches d’un mince métal. Lors des tests d’indentation, la peau de requin à quatre couches a démontré une résistance accrue et un meilleur travail de récupération, par rapport à la peau de requin polymère non revêtue. En particulier en ce qui concerne la fonction de récupération structurelle, Kim a ajouté : « Le travail récupérable peut être stocké dans les microcellules incurvées tandis que de fines couches de matériaux mécaniquement fragiles peuvent améliorer l’énergie de déformation élastique de la peau de requin artificielle 3D. »

De plus, pour les applications électroniques microtexturées, lorsque la peau de requin à base de polymère est recouverte de MXène électriquement conducteur, elle présente une faible résistance électrique de 5,3 ohms.

« La peau de requin enduite de myxène permet un chauffage par effet Joule à haute température même lorsqu’une basse tension est appliquée (par exemple, 230 °C à 2,75 V). De plus, en raison du caractère hydrophile du myxène, les propriétés d’hydratation de la peau de requin changent également d’hydrophobe. à « Hydrophile », a déclaré Tae He Han, collaborateur de Wei, de l’Université de Hanyang.

« Cette recherche est la première à rendre compte des multiples fonctions pouvant être démontrées par la peau de requin artificielle en 3D, avec de nombreuses applications potentielles dans divers domaines », a déclaré Li. Par exemple, si cette technologie multifonctionnelle de peau de requin artificielle est utilisée dans l’industrie maritime, une efficacité économique peut être générée en réduisant la consommation de carburant et en augmentant la durée de vie du navire.

« Pour les applications futures, les navires équipés de peau de requin artificielle 3D devraient naviguer rapidement avec une traînée réduite, moins de friction au contact des obstacles environnants et moins de dommages dus aux impacts externes dans l’océan », a ajouté Wei.

Plus d’information:
Jeong-Eun Park et al., Programmation des fonctions anisotropes des microdentaires 3D à travers des microstructures imbriquées et multicouches, Matériaux avancés (2023). est ce que je: 10.1002/adma.202309518

Fourni par l’Université de Hanyang

la citation: Une nouvelle stratégie de microfabrication pour une peau de requin artificielle 3D multifonctionnelle (12 décembre 2023) Récupéré le 12 décembre 2023 sur https://phys.org/news/2023-12-microfabrication-strategy-multifonctionnel-3d-artificial.html

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L'épaisseur de la croûte de glace révèle la température de l'eau sur les mondes océaniques

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Les astrobiologistes de l'Université Cornell ont mis au point une nouvelle façon de déterminer la température des océans sur des mondes lointains en fonction de l'épaisseur de leurs coquilles de glace, réalisant ainsi efficacement une océanographie depuis l'espace.

Les données disponibles montrant la variation de l'épaisseur de la glace permettent déjà de prédire la partie supérieure de l'océan d'Encelade, l'une des lunes de Saturne, et l'étude orbitale prévue par la NASA sur la croûte glacée d'Europe devrait faire de même pour la lune jovienne, beaucoup plus grande, renforçant ainsi les conclusions de la mission quant à savoir si elle pourrait soutenir la vie. .

Les chercheurs suggèrent qu'un processus appelé « pompage de glace », qu'ils ont observé sous les plates-formes de glace de l'Antarctique, a probablement formé la face inférieure des coquilles glacées d'Europe et d'Encelade, mais doit également être à l'œuvre sur Ganymède et Titan, qui sont de grandes lunes de Jupiter et Saturne. successivement. Ils ont montré que les plages de températures dans lesquelles la glace et les océans interagissent – ​​des régions importantes où des composants de la vie peuvent être échangés – peuvent être calculées en fonction de la pente de la croûte de glace et des changements du point de congélation de l’eau à différentes pressions et salinités.

« Si nous pouvons mesurer le changement d'épaisseur de ces coquilles de glace, nous pourrons obtenir des contraintes de température dans les océans, ce qu'il n'y a pas d'autre moyen de faire sans les percer », a déclaré Brittney Schmidt, professeur adjoint d'astronomie et d'astrophysique. . Sciences de la Terre et de l'atmosphère. « Cela nous donne un autre outil pour essayer de comprendre le fonctionnement de ces océans. La grande question est : les choses y vivent-elles, ou peuvent-elles y vivre ? »

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Avec les membres actuels et anciens du Planetary Habitability and Technology Laboratory, Schmidt a co-écrit le livre « Ice-Ocean Interactions on Ocean Worlds Affecting the Topography of Ice Shells », publié dans la revue Journal de recherche géophysique : Planètes.

En 2019, à l'aide du robot télécommandé Icefin, l'équipe de Schmidt a observé de la glace pompée dans une fissure au fond de la plate-forme de glace de Ross, en Antarctique.

Les chercheurs ont cartographié les plages d'épaisseur, de pression et de salinité possibles de la croûte pour les mondes océaniques avec une gravité variable, et ont conclu que le pompage de glace se produirait dans les scénarios les plus probables, mais pas dans tous les scénarios. Ils ont découvert que les interactions entre la glace et les océans sur Europe pourraient être similaires à celles observées sous la plate-forme de glace de Ross, preuve que ces régions pourraient être parmi les plus semblables à la Terre sur des mondes extraterrestres, a déclaré Justin Lawrence, chercheur invité au Cornell Center. . d'astrophysique et de sciences planétaires et responsable de programme chez Honeybee Robotics.

La sonde Cassini de la NASA a produit suffisamment de données pour prédire la plage de température de l'océan d'Encelade, en fonction de l'inclinaison de sa croûte de glace des pôles à l'équateur : -1 095°C à -1 272°C. Connaître les températures permet de comprendre comment la chaleur circule dans les océans et comment elle se propage, affectant l'habitabilité.

Les chercheurs s'attendent à ce que le pompage de glace soit faible sur Encelade, une petite lune (aussi large que l'Arizona) avec une topographie spectaculaire, tandis que sur Europe plus grande – qui a à peu près la taille de la lune terrestre – ils s'attendent à ce qu'il fonctionne rapidement pour ramollir et aplatir la croûte glacée. . un socle.

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Ce travail montre comment la recherche sur le changement climatique sur Terre peut également bénéficier à la science planétaire, a déclaré Schmidt, c'est pourquoi la NASA a soutenu le développement d'ICEVEN.

« Il existe une relation entre la forme de la croûte de glace et la température de l'océan », a déclaré Schmidt. « C'est une nouvelle façon d'obtenir plus d'informations à partir des mesures de la croûte de glace que nous espérons pouvoir obtenir pour Europe et d'autres mondes. »

La recherche a été soutenue par les futurs chercheurs du programme FIESST (Earth and Space Science and Technology) de la NASA et par la National Science Foundation.

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Les astronomes découvrent un nouveau lien entre l'eau et la formation planétaire

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Les astronomes ont découvert de l'eau dans le disque entourant une jeune étoile où des planètes pourraient se former, révélant un nouveau lien entre l'ingrédient clé de la vie et la formation des planètes.

Jusqu’à présent, les chercheurs n’étaient pas en mesure de cartographier la façon dont l’eau est distribuée dans un disque stable et froid, le type de disque qui offre les meilleures conditions pour que les planètes se forment autour des étoiles.

Les observations, réalisées avec le grand télescope millimétrique/submillimétrique d'Atacama (ALMA), ont révélé au moins trois fois la quantité d'eau trouvée dans tous les océans de la Terre dans le disque interne de la jeune étoile semblable au soleil HL Tauri, située à 450 mètres d'altitude. dans des années. Loin de la Terre dans la constellation du Taureau.

« Je n'aurais jamais imaginé que nous pourrions capturer une image d'océans de vapeur d'eau dans la même région où la planète était susceptible de se former », a déclaré Stefano Facchini, astronome à l'Université de Milan en Italie, qui a dirigé l'étude.

Il a ajouté : « Nos résultats montrent comment la présence d'eau peut affecter l'évolution d'un système planétaire, tout comme cela s'est produit il y a environ 4,5 milliards d'années dans notre système solaire. »

« Il est vraiment remarquable que nous puissions non seulement détecter, mais aussi capturer des images détaillées et résoudre spatialement la vapeur d'eau à une distance de 450 années-lumière de la Terre », a déclaré le co-auteur Leonardo Testi, astronome à l'Université de Bologne en Italie. . nous. »

Les observations réalisées par ALMA, dont l'Observatoire européen austral (ESO) est partenaire, permettent aux astronomes de déterminer la répartition de l'eau dans différentes régions du disque.

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Selon l'étude publiée dans la revue Nature Astronomy, une grande quantité d'eau a été trouvée dans la région où se trouve une lacune connue dans le disque de HL Tauri.

Les chercheurs affirment que cela indique que la vapeur d’eau peut affecter la composition chimique des planètes qui se forment dans ces régions.

« C'est vraiment excitant de voir de première main, sur l'image, des molécules d'eau libérées par des particules de poussière glacée », a déclaré Elizabeth Humphreys, astronome à l'ESO qui a également participé à l'étude.

Les grains de poussière qui composent le disque sont les graines de la formation planétaire, entrant en collision et se collant pour former des objets plus gros.

Les astronomes pensent que lorsqu’il fait suffisamment froid pour que l’eau gèle et se transforme en particules de poussière, les objets se collent mieux les uns aux autres, créant ainsi l’endroit idéal pour la formation des planètes.

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Les astronomes découvrent un nouveau lien entre l'eau et la formation des planètes

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Les astronomes découvrent un nouveau lien entre l'eau et la formation des planètes

Les astronomes ont découvert de l'eau dans le disque entourant une jeune étoile où des planètes pourraient se former, révélant un nouveau lien entre l'ingrédient clé de la vie et la formation des planètes.

Jusqu’à présent, les chercheurs n’étaient pas en mesure de cartographier la façon dont l’eau est distribuée dans un disque stable et froid, le type de disque qui offre les meilleures conditions pour que les planètes se forment autour des étoiles.

Les observations, réalisées avec le grand télescope millimétrique/submillimétrique d'Atacama (ALMA), ont révélé au moins trois fois la quantité d'eau trouvée dans tous les océans de la Terre dans le disque interne de la jeune étoile semblable au soleil HL Tauri, située à 450 mètres d'altitude. dans des années. Loin de la Terre dans la constellation du Taureau.

Nos résultats montrent comment la présence d’eau peut influencer l’évolution d’un système planétaire, tout comme elle l’a fait il y a environ 4,5 milliards d’années dans notre système solaire.

« Je n'aurais jamais imaginé que nous pourrions capturer une image d'océans de vapeur d'eau dans la même région où la planète était susceptible de se former », a déclaré Stefano Facchini, astronome à l'Université de Milan en Italie, qui a dirigé l'étude.

Il a ajouté : « Nos résultats montrent comment la présence d'eau peut affecter l'évolution d'un système planétaire, tout comme cela s'est produit il y a environ 4,5 milliards d'années dans notre système solaire. »

« Il est vraiment remarquable que nous puissions non seulement détecter, mais aussi capturer des images détaillées et résoudre spatialement la vapeur d'eau à une distance de 450 années-lumière de la Terre », a déclaré le co-auteur Leonardo Testi, astronome à l'Université de Bologne en Italie. . nous. »

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Les observations réalisées par ALMA, dont l'Observatoire européen austral (ESO) est partenaire, permettent aux astronomes de déterminer la répartition de l'eau dans différentes régions du disque.

Selon l'étude publiée dans la revue Nature Astronomy, une grande quantité d'eau a été trouvée dans la région où se trouve une lacune connue dans le disque de HL Tauri.

Les chercheurs affirment que cela indique que la vapeur d’eau peut affecter la composition chimique des planètes qui se forment dans ces régions.

« C'est vraiment excitant de voir de première main, sur l'image, des molécules d'eau libérées par des particules de poussière glacée », a déclaré Elizabeth Humphreys, astronome à l'ESO qui a également participé à l'étude.

Les grains de poussière qui composent le disque sont les graines de la formation planétaire, entrant en collision et se collant pour former des objets plus gros.

Les astronomes pensent que lorsqu’il fait suffisamment froid pour que l’eau gèle et se transforme en particules de poussière, les objets se collent mieux les uns aux autres, créant ainsi l’endroit idéal pour la formation des planètes.

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