Des batteries élastiques inspirées des anguilles électriques pour révolutionner la technologie portable

Quand la nature inspire l'innovation et mène vers une symbiose entre technologie et biologie.

Les anguilles électriques ont toujours fasciné les scientifiques par leur capacité à produire des décharges impressionnantes. Ces créatures remarquables utilisent trois paires d'organes abdominaux composés de cellules musculaires modifiées, appelées électrolytes, pour générer des tensions variables selon leurs besoins. Lorsque le cerveau envoie un signal, les canaux ioniques s'ouvrent et inversent brièvement la polarité, créant ainsi une différence de potentiel électrique et un courant, à l'instar d'une batterie avec des plaques empilées.

Les recherches menées par Kenneth Catania, biologiste et neuroscientifique de l'Université Vanderbilt aux États-Unis, ont révélé que les anguilles électriques peuvent moduler la tension de leurs décharges en fonction de l'usage qu'elles en font. Elles utilisent des tensions plus faibles pour chasser et des tensions plus élevées pour étourdir et tuer leurs proies, allant jusqu'à 860 volts pour l'espèce Electrophorus voltai. En théorie, si dix d’entre elles déchargeaient simultanément, elles pourraient produire jusqu'à 8 600 volts, suffisamment pour alimenter une centaine d'ampoules.

Inspirés par ces prouesses naturelles, des scientifiques ont développé une batterie souple et étirable, idéale pour les appareils portables et la robotique douce. Contrairement aux composants rigides des électroniques conventionnelles, cette dernière utilise des ions comme porteurs de charge, à l'instar des anguilles électriques. Les hydrogels, des réseaux polymères tridimensionnels composés à 60% d'eau, ont été choisis pour leur capacité à imiter la peau humaine et à contrôler précisément les propriétés mécaniques. Cependant, concilier haute élasticité et conductivité élevée est un défi, car ces deux propriétés sont généralement en conflit. Stephen O'Neill, co-auteur de l'étude publiée dans Science Advances, explique:

"Habituellement, la conductivité diminue lorsqu'un matériau est étiré."

Pour surmonter cet obstacle, les chercheurs ont modifié la charge des polymères et ajusté la composition en sel, rendant les hydrogels suffisamment collants pour être empilés en plusieurs couches, augmentant ainsi le potentiel énergétique.

La clé de cette adhérence réside dans les liaisons réversibles qui se forment entre les différentes couches, grâce à des molécules en forme de tonneau agissant comme des "menottes moléculaires". Ainsi, les batteries en gelée peuvent s'étirer sans séparer les couches et sans perte de conductivité. De plus, comme le souligne Oren Scherman, co-auteur de l'étude:

"Nous pouvons adapter les propriétés mécaniques des hydrogels pour qu'elles correspondent aux tissus humains".

L'absence de composants rigides réduit considérablement les risques de rejet par l'organisme ou de formation de tissu cicatriciel, ouvrant la voie à de prometteuses applications biomédicales.

Parallèlement, une autre équipe de chercheurs chinois a mis au point une batterie lithium-ion aux composants étirables, dont une couche électrolytique capable de s'étendre de 5 000%. Publiée dans ACS Energy Letters, leur étude décrit l'intégration de l'électrolyte dans une couche polymère fusionnée entre deux films d'électrodes flexibles. Cette batterie a conservé sa capacité de stockage de charge après près de 70 cycles de charge/décharge, avec une capacité de charge moyenne environ six fois supérieure à celle d'un dispositif similaire utilisant un électrolyte liquide traditionnel.

Usages

Ces avancées ouvrent de nouvelles perspectives passionnantes. Les batteries élastiques pourraient révolutionner la technologie portable en offrant des dispositifs souples, confortables et durables. Avec des tests supplémentaires sur des organismes vivants, elles pourraient même trouver des applications en tant qu'implants cérébraux pour l'administration ciblée de médicaments, notamment dans le traitement de l'épilepsie.

La nature ne cesse de nous émerveiller et de nous inspirer. En imitant les prouesses des anguilles électriques, les scientifiques repoussent les limites de ce qui est possible en matière de stockage d'énergie. Ces découvertes prometteuses laissent entrevoir un avenir où les appareils portables seront plus ergonomiques, plus performants et mieux intégrés à notre corps. Les batteries élastiques ouvrent la voie à une nouvelle ère de l'électronique, où la frontière entre la technologie et la biologie s'estompe pour le plus grand bénéfice de l'humanité.