Énergie sans fil

Les cristaux capables de transformer directement la lumière en énergie mécanique sans utiliser d’électricité comme étape intermédiaire pourraient permettre de nombreuses avancées. Par exemple, les drones fonctionnant avec des faisceaux laser pourraient réduire leur consommation de batteries, voire s'en passer complètement, les économies de poids permettant des capacités supplémentaires.

L’idée de la transmission d’énergie sans fil séduit depuis longtemps. Nikola Tesla a passé des années à essayer de développer un moyen d'alimenter les lumières sans fils, et sa vénération est telle que certaines personnes croient qu'il l'a fait, uniquement pour que la technologie soit supprimée. Les propositions visant à diffuser l’énergie collectée par des panneaux solaires dans l’espace sont une autre version qui connaît un renouveau périodique.

Cependant, il s’agit généralement de convertir le rayonnement électromagnétique transmis en électricité, qui est ensuite utilisée pour alimenter des moteurs ou des globes lumineux. Malheureusement, l’une des lois les plus fondamentales de la physique est que toute conversion d’énergie implique une certaine inefficacité. Par conséquent, le professeur Ryan Hayward de l’Université du Colorado à Boulder cherche à minimiser les transformations nécessaires.

"Nous supprimons les intermédiaires, pour ainsi dire, et prenons l'énergie lumineuse et la transformons directement en déformation mécanique", a déclaré Hayward dans un communiqué. La clé de ce processus réside dans les cristaux organiques qui se plient lorsqu’ils sont exposés à la lumière.

Hayward dirige une équipe qui utilise ces matériaux photomécaniques pour effectuer des travaux afin que les robots n'aient pas besoin de transporter de batteries avec eux, du moins tant qu'ils ont une ligne de vue dégagée vers la source de lumière. Ainsi, un drone propulsé par un faisceau laser pourrait rester en l’air plus longtemps et éventuellement effectuer des manœuvres aériennes plus complexes que s’il devait transporter des batteries et d’autres systèmes électriques lourds.

Les matériaux photomécaniques ne sont pas nouveaux, mais les versions précédentes étaient inefficaces et se cassaient si facilement qu'elles constituaient davantage des curiosités que la base de machines utiles. L'équipe de Hayward a découvert que de minuscules cristaux de diaryléthène hautement ordonnés peuvent faire bien mieux lorsqu'ils sont combinés en plus grand nombre. « Ce qui est passionnant, c'est que ces nouveaux actionneurs sont bien meilleurs que ceux que nous avions auparavant », a déclaré Hayward. « Ils réagissent rapidement, durent longtemps et peuvent soulever des objets lourds. »

L'équipe de Hayward intègre des réseaux de cristaux dans des trous microscopiques dans des matériaux polymères. Ils ont constaté que cela les rendait à la fois plus robustes et plus puissants. Lorsqu'ils sont exposés à la lumière, les cristaux provoquent la courbure du polymère, ce qui peut faire tourner un moteur. Ils ont démontré que des cristaux de 0,02 milligramme peuvent soulever des objets des milliers de fois leur poids.

Cela ne signifie pas que tous les problèmes liés à la transmission d’énergie sans fil soient résolus. Actuellement, l’équipe ne peut faire plier et déplier sa combinaison cristal-polymère qu’en l’exposant à la lumière, alors que les anneaux de la structure moléculaire des cristaux s’ouvrent et se ferment. L’équipe souhaite disposer d’un plus large éventail de capacités. Hayward reconnaît également : « Nous avons encore du chemin à parcourir, notamment en termes d'efficacité, avant que ces matériaux puissent réellement rivaliser avec les actionneurs existants. »

L'étude est publiée dans Nature Materials.