Un adhésif efficace, bon marché et réutilisable inspiré de pieds de mouche

Le monde naturel est une formidable source d’inspiration pour les scientifiques spécialisés dans les adhésifs de dernière génération, où tout ce qui va de la peau du gecko à la bave d’abeille a fourni les plans pour ces matériaux avec une adhérence suprême. Le dernier exemple en date, inspiré des coussinets des pieds collants des mouches, peut être attaché et détaché à l’infini comme un morceau de velcro.

Image d’entête : pied de mouche observé au microscope électronique à balayage. (Power and Syred/ Science Photo Library)

Le développement de ce matériau a été mené par des scientifiques de l’Institut national des sciences des matériaux du Japon, qui étudiaient des alternatives plus durables aux nombreux et puissants adhésifs sur le marché qui ne peuvent être recyclés. Nous avons constaté des avancées intéressantes en matière d’adhésifs réutilisables, comme le ruban inspiré du gecko qui peut être fixé et détaché des milliers de fois.

Cependant, selon les scientifiques, ces adhésifs réutilisables sont complexes et coûteux à produire, c’est pourquoi ils ont cherché à trouver des solutions moins coûteuses et plus simples. Cela les a conduits à la création de pattes de mouches, qui forment des structures adhésives à haut rendement énergétique. Ces structures sont constituées de poils en forme de spatule qui poussent sur les coussinets et permettent aux insectes de se fixer à des objets à maintes reprises. En les plaçant sous le microscope, l’équipe a pu percer certains de leurs secrets.

Les structures en forme de spatule (en bleu) sur les coussinets des mouches du vinaigre ont inspiré le nouveau matériau adhésif. (Hokkaido University of Education)

En colorant les pattes de la mouche et en marquant les protéines clés avec des colorants fluorescents, le processus naturel par lequel ces soies se forment chez les nymphes de mouches à fruits a été observé. Il s’agit d’un processus en deux étapes au cours duquel les cellules et les protéines essentielles à la formation des soies s’accumulent à l’extrémité des cellules allongées, et des dépôts de cuticules se forment par-dessus pour solidifier la structure.

Les scientifiques ont réussi à reproduire ce processus à température ambiante, en utilisant des fibres de nylon étirées pour former les poils en forme de spatule avec un matériau gélifié à l’extrémité. Ce procédé fut non seulement efficace et peu coûteux sur le plan énergétique, mais le matériau a démontré des capacités impressionnantes lors des premiers essais.

Une seule des fibres s’est avérée suffisamment résistante pour supporter une plaquette de silicium d’un poids de 52,8 g. En extrapolant, l’équipe affirme qu’un faisceau de 756 fibres d’une section transversale de 9 cm2 serait suffisant pour supporter une personne pesant 60 kg.

Image tirée de l’étude : (a) Schéma de la formation des poils de la patte chez les mouches. (b) Schémas de formation d’une structure biomimétique ressemblant à un cheveu (structure adhésive à cadre fibreux). (C) On voit que les fibres biomimétiques encadrent les structures adhésives. (D) Une fibre est fixée au support en verre à l’aide de liquides (flèche). (e) Une plaque de silicium de 52,8 g est suspendue par une seule fibre biomimétique. La flèche indique le site de fixation. (f) Le site de fixation de la fibre adhésive (flèche). La région encadrée en (e) est agrandie. (Ken-ichi Kimura et Coll./ Communications Biology)

En poursuivant ses travaux, l’équipe prévoit quelques possibilités pour son matériau adhésif bon marché et réutilisable, à commencer par le monde de la robotique. Il pourrait être intégré à la conception de robots industriels utilisés pour manipuler des objets à maintes reprises, leur offrant ainsi une prise plus ferme. Un autre exemple proposé est l’utilisation de ce matériau dans les jambes des robots d’extérieur, leur permettant d’escalader des surfaces verticales.

L’étude publiée dans Communications Biology : Framework with cytoskeletal actin filaments forming insect footpad hairs inspires biomimetic adhesive device design.