Matériau intelligent

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La notion de matériau dit « intelligent » (on parle aussi de matériau agentiel) désigne une classe émergente de matériaux innovants, conçu pour être sensible, adaptatif et évolutif. Ils sont - dans une certaine mesure - capable de percevoir leur environnement, et d'y réagir de manière autonome pour atteindre l'équivalent d'un objectif, en intégrant des fonctions traditionnellement associées aux systèmes vivants — telles que la détection, la mémoire, l’adaptation ou la motricité — directement dans la matière elle‑même.

Il s'agissait d'abord et généralement de matériaux polymères[1] et/ou composite[2], éventuellement piézo-électriques, magnétostrictifs[3] ou à mémoire de forme[4] qui possède une ou plusieurs propriétés les rendant adaptatifs et/ou évolutifs, et pouvant être considérablement modifiées de manière contrôlée par des stimuli externes, tels que le stress, la température, le mouvement (mécanique), l'humidité, le pH, le champ électrique ou magnétique.

Selon l’article fondateur du concept de matériau agentiel (publié dans Nature en 2022), ces matériaux (qui peuvent aussi être biologiques et vivants) combinent des propriétés physiques actives, des mécanismes de contrôle distribués et parfois des capacités computationnelles embarquées, de sorte qu’ils ne se contentent plus de répondre passivement à des stimuli, mais manifestent un comportement finalisé, auto‑organisé et orienté vers une tâche, ce qui ouvre la voie à une nouvelle génération de systèmes hybrides situés entre la robotique, la chimie active et les matériaux intelligents, éventuellement connectés au Web ou à une intelligence artificielle dans le cas des objets connectés. Les avancées de la bio‑ingénierie laissent penser que les cellules vivantes et des tissus constitués de ces cellules (neurones y compris) ou des organoïdes peuvent être traités comme des matériaux agentiels, c’est‑à‑dire des matériaux vivants dotés de mémoire de forme, de capacités décisionnelles locales et d’une autonomie morphogénétique exploitable pour concevoir, réparer ou reconfigurer des structures biologiques complexes au‑delà des limites des approches bottom‑up classiques[5].

Certains matériaux déjà communicants pourraient bientôt être conçus pour contenir des éléments informatiques plus complexes, des actuateurs, des moyens de produire de l'énergie, éventuellement à échelle nanométriques (nanomoteur et micro- ou nanomachines moléculaire permettant éventuellement à un matériau de s'autoassembler pour produire des formes et fonctions différentes)[5].

Histoire et prospective

Joël de Rosnay date le début de l'avènement des matériaux intelligents du « début des années 1980 » issus « de travaux menés principalement aux États-Unis dans le domaine de l'aérospatiale et qui concernent aujourd'hui tous les secteurs d'activités »[6].

Ces matériaux peuvent être bio-inspirés de systèmes moléculaires ou cellulaires existant dans la nature[6], notamment dans le monde animal, végétal ou fongique. Les progrès de l'IA (AlphaFold par exemple permettent de mieux comprendre comment les protéines se plient et se déplient et comment elles interagissent et fonctionnent[7].

Prospective

Dans un futur proche certains de ces matériaux pourraient de plus pouvoir cicatriser, s'autoréparer ou se souder sans colle ni chaleur[8], ou encore capter certains gaz[9].

De la mode à l'habitat en passant par les transports, la biomédecine, la robotique ou le secteur militaire, de nombreux domaines pourraient en être bouleversés[6].

Certains de ces matériaux pourraient fusionner avec le corps (Homme augmenté) ou devenir symbiotiques de l'homme pour produire une forme de ce que J de Rosnay nomme l'homme symbiotique[10].

Les techniques d'apprentissage automatique et de l'intelligence artificielle générative, souvent en association avec des méthodes traditionnelles, ont permis de découvrir certains nouveaux matériaux, plus vite et à moindre coût[11]. On cherche à prédire les propriétés ou les nouvelles configurations des matériaux en se basant sur la connaissance du domaine et sur les données existantes, mais explorer efficacement l'espace chimique quasi-infini et en tirer rapidement des matériaux stables, aux propriétés optimales et si possible non toxiques et non dangereux, via des algorithmes avancés d'apprentissage profond pose encore en 2022 des défis et « il pourrait être impossible de trouver des matériaux avec de meilleures performances sur la base de matériaux connus »[11].

Notes et références

  1. ↑ Le Neindre B & Cancouët P (2009) Des matériaux intelligents: les polymères stimulables. Ed. Techniques Ingénieur.
  2. ↑ Bensaude-Vincent B (2000). Éloge du mixte. Des composites aux matériaux intelligents. Techniques et architecture, (448), p. 80-83.
  3. ↑ Chetouh, S. (2010). Caractérisation mécanique des matériaux intelligents de type magnétostrictifs et leur application.
  4. ↑ Gonzalez C.H (2002). Étude des comportements électro-thermomécaniques et de la stabilisation martensitique d'alliages monocristallins à mémoire de forme base cuivre (Doctoral dissertation, Villeurbanne, INSA)
  5. 1 2 (en) Jamie Davies et Michael Levin, « Synthetic morphology with agential materials », Nature Reviews Bioengineering, vol. 1, no 1,‎ , p. 46–59 (ISSN 2731-6092, DOI 10.1038/s44222-022-00001-9).
  6. 1 2 3 de Rosnay J (2000) Les matériaux intelligents. Service du film de recherche scientifique |Texte de la 278e conférence de l'Université de tous les savoirs, donnée le 4 octobre 2000.
  7. ↑ (en) Jamie Davies et Michael Levin, « Synthetic morphology with agential materials », Nature Reviews Bioengineering, vol. 1, no 1,‎ , p. 46–59 (ISSN 2731-6092, DOI 10.1038/s44222-022-00001-9).
  8. ↑ Wagner A (2017) This new material heals—not cracks—under pressure | Science News publiée le 14 décembre
  9. ↑ Favotto C & Satre P (2002). Élaboration de capteurs de gaz à partir de céramiques conductrices ioniques de type NaSICON. Journal of thermal analysis and calorimetry, 68(1), 49-59.
  10. ↑ Rosnay J. (2000), L'Homme Symbiotique, regards sur le 3e millénaire, Éditions du Seuil, 1995 (nouvelle édition, septembre 2000).
  11. 1 2 (en) Shuaihua Lu, Qionghua Zhou, Xinyu Chen et Zhilong Song, « Inverse design with deep generative models: next step in materials discovery », National Science Review, vol. 9, no 8,‎ (ISSN 2095-5138 et 2053-714X, PMID 35992238, PMCID PMC9385454, DOI 10.1093/nsr/nwac111, lire en ligne, consulté le ).

Voir aussi

Articles connexes

Bibliographie

  • [Akhras 2000] Georges Akhras, « Des matériaux intelligents et des systèmes intelligents pour l'avenir », Revue militaire canadienne, vol. 1, no 3,‎ , p. 25-31 (lire en ligne [PDF]).
  • de Rosnay J (2000) Les matériaux intelligents. Service du film de recherche scientifique |Texte de la 278e conférence de l'Université de tous les savoirs, donnée le .
  • Givernaud J (2010) Étude, conception et fabrication de dispositifs micro-ondes à base de matériaux intelligents type VO2 (Doctoral dissertation, Limoges)|résumé.
  • Salvia M (2004) Le monde des matériaux et ses évolutions récentes: Les matériaux sont-ils intelligents ?. In Annales de chimie (Vol. 29, No. 6, pp. 1-12). Lavoisier.
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