Comme la plupart des projets que Mueller choisit de poursuivre, ceux-ci amènent les choses que vous pouvez faire sur un ordinateur dans le domaine physique. Mais d’une manière plus générale, elle est toujours à la recherche d’un facteur « wow ». « Si vous regardez un projet et que vous vous dites : « Wow, je peux vraiment voir comment cela change le monde », alors même si vous ne le comprenez pas, vous voulez en savoir plus », dit-elle. « Nous essayons de sélectionner des idées qui ont une grande vision derrière elles, qui attireront d’abord les gens pour qu’ils puissent en profiter. Ensuite, nous pourrons parler de tous les détails scientifiques et techniques.
Conceptions nano avec une vision macro
Les matériaux conçus avec précision à l’échelle nanométrique pourraient avoir des applications passionnantes, s’ils sont suffisamment mis à l’échelle pour fabriquer des objets utiles. Carlos Portela développe de nouveaux matériaux et techniques pour les fabriquer à l’échelle macro.
Si vous laissez tomber une tasse en céramique sur le sol, il y a de fortes chances qu’elle se casse. Cependant, lorsque le même matériau céramique est extrêmement fin, quelque chose d’étrange se produit, comme Carlos Portela peut le démontrer avec une vidéo. Sur son écran se trouve un cube de seulement 120 micromètres de côté – les coquilles d’œufs sont épaisses en comparaison – constitué d’un réseau de coquilles en céramique interconnectées. Portela, professeur adjoint britannique (1961) et Alex (1949) d’Arbeloff en développement de carrière en génie mécanique, pointe du doigt l’un des murs de la coque. « Ce n’est que 11 nanomètres d’épaisseur », dit-il. Cela équivaut à environ 30 atomes de large. « Je vais compresser [the cube] à la moitié de sa hauteur », ajoute-t-il. « Qu’attendriez-vous de la céramique ? »
Toute personne raisonnable s’attendrait à ce qu’il se brise en cent morceaux. Mais lorsqu’une charge comprime le cube, il se déforme et se plisse comme une éponge ; lorsque la charge est retirée, le cube reprend sa forme. « C’est fondamentalement le même matériau qu’une tasse à café », dit Portela avec un sourire, en désignant une sur son bureau. « Et remarquablement, nous ne voyons même pas de fissures. » C’est comme une substance entièrement nouvelle.
TOAN TRINH
Dans toute l’histoire de l’humanité, les matériaux avec lesquels nous avons construit – roche, métal, céramique, plastique et mousse – ont eu une gamme relativement limitée de caractéristiques physiques, dit Portela. Pour obtenir une propriété désirable, les constructeurs doivent souvent faire des compromis sur une autre. Les matériaux durs ne sont pas très légers, par exemple, et les matériaux légers ne sont pas très rigides.
Au cours de la dernière décennie, cependant, les ingénieurs ont commencé à concevoir à l’échelle nanométrique pour créer de nouveaux matériaux qui combinent des propriétés souhaitables jamais trouvées ensemble auparavant. Appelés matériaux architecturés ou métamatériaux, ce sont des combinaisons de matériaux aux propriétés bien connues, comme les céramiques et les polymères. Mais manipuler la façon dont ils sont construits à l’échelle nanométrique les fait se comporter complètement différemment de leurs précurseurs familiers. Portela dit que les structures en carbone pourraient être à la fois solides et absorbant l’énergie, et que les matériaux métalliques pourraient être conçus pour être super légers. D’autres matériaux pourraient être conçus pour agir comme des lentilles capables de focaliser les ondes acoustiques. Étant donné que le plus grand facteur limitant pour les avions et les fusées est le poids des matériaux avec lesquels ils sont construits, de nouveaux matériaux à la fois solides et légers pourraient augmenter considérablement la distance qu’ils peuvent parcourir avec une quantité donnée de carburant.
Un modèle d’avion en argent dans la fenêtre de Portela donnant sur Killian Court témoigne de son amour précoce pour les avions. Ayant grandi en Colombie, il voulait devenir pilote. Il a étudié l’ingénierie aérospatiale à l’Université de Californie du Sud et a obtenu sa licence de pilote, mais en tant qu’étudiant international, il a eu du mal à obtenir un stage dans une grande compagnie aéronautique. À ce moment-là, il était devenu fasciné par le potentiel de la nano-ingénierie et est entré dans un programme de doctorat sur le sujet à Caltech, où il a étudié avec Julia Greer ’97, une pionnière des matériaux architecturés. Greer expérimentait l’utilisation d’imprimantes 3D finement calibrées pour créer des réseaux complexes à l’échelle nanométrique qui pourraient devenir des matériaux dotés de nouvelles propriétés. « Son énergie et sa passion pour cela étaient contagieuses », déclare Portela. « Cela m’a fait dire: » Je veux faire ça. « »
Cependant, aussi révolutionnaires que soient les techniques, elles sont également limitées. Une imprimante peut mettre des semaines, voire des mois, à imprimer un cube de quelques millimètres d’épaisseur, ce qui rend fastidieuse la conception et la création de nouveaux objets. « Les applications réelles nécessitent que vous fabriquiez un nanomatériau suffisamment grand pour tenir dans vos mains », explique Portela. C’est là que ses recherches entrent en jeu. Il a développé de nouvelles techniques pour fabriquer des matériaux architecturés, dont certains n’impliquent pas du tout d’imprimante 3D.
