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L'équipe de Paul Motzki, professeur à l'Université de la Sarre, présentera cette technologie à la Foire de Hanovre du 20 au 24 avril avec un prototype de pompe à vide auquel elle confère une puissance de pompage doublée grâce à deux entraînements à film. Stand collectif "Germany's Saarland", hall 11, stand D41.
Le texte suivant a été traduit automatiquement de l'allemand et n'a pas été post-édité.
La feuille de plastique se met à bouger dès que les chercheurs lui appliquent une tension électrique. Avec ses 50 micromètres, cette feuille est à peu près aussi fine qu’un cheveu. L'équipe du professeur Paul Motzki la fait taper vigoureusement, vibrer, monter et descendre lentement dans un mouvement fluide ou rester immobile – simplement en modifiant la tension électrique. Ce qui ressemble à un gadget amusant est en réalité la matière première des nouveaux mini-moteurs.
Comme les chercheurs peuvent contrôler la feuille, celle-ci peut effectuer des tâches, par exemple pousser ou tirer quelque chose. Elle peut réaliser des mouvements pour lesquels les équipements techniques ont habituellement besoin de moteurs ou de compresseurs à air comprimé, ce qui nécessite beaucoup d’espace, d’énergie et d’entretien. L’équipe de recherche intègre ainsi des feuilles intelligentes dans des pompes à vide afin d’extraire l’air ou le liquide d’une chambre. Dans la pratique industrielle et technique, les pompes à vide sont indispensables et utilisées partout, des machines d'emballage aux préhenseurs robotiques en passant par la technologie médicale.
Un vide sans air comprimé, sans moteur
La technologie des films ne nécessite pas de composants lourds, elle est légère et compacte. « Grâce aux élastomères diélectriques, comme on appelle ces films, nous pouvons adapter la forme des pompes aux exigences respectives. Nous pouvons ainsi réaliser des formes qui ne sont techniquement pas possibles avec les procédés conventionnels, par exemple des géométries très fines et plates, comparables à la forme d’un smartphone », explique Paul Motzki. Ce professeur en systèmes de matériaux intelligents à l’université de la Sarre est directeur général du Centre de mécatronique et de techniques d’automatisation (Zema). Les films fonctionnent également dans des environnements réduits et délicats. Cette technologie ne nécessite ni terres rares ni cuivre et fonctionne sans huile de lubrification. Elle peut donc être utilisée dans des salles blanches et des environnements stériles. « De plus, les pompes en film peuvent être très efficaces sur le plan énergétique selon le mode de fonctionnement », explique Paul Motzki. Et : les pompes en film sont silencieuses – un avantage qui pourrait réduire considérablement le niveau sonore dans les halls de production.
Plus d'entraînements à film, plus de puissance
Lors du salon de Hanovre de cette année, l’équipe de recherche illustre, à l’aide d’un nouveau prototype, comment cette technologie peut être mise à l’échelle. Pour ce faire, les chercheurs ont équipé un prototype de pompe à vide d’un double entraînement. Alors que la pompe à vide présentée l’année dernière au salon était équipée d’un entraînement en film plastique dans une chambre de pompage, la nouvelle pompe dispose désormais de deux entraînements dans deux chambres de pompage. « Nous pouvons connecter les deux actionneurs dans les chambres de pompage soit en parallèle, soit en série, et ainsi augmenter la pression, le débit volumique et la puissance », explique Paul Motzki.
Les deux moteurs à membrane peuvent fonctionner en alternance de manière antagoniste : lorsqu’une membrane est sollicitée, l’autre est relâchée. Ainsi, la puissance ne diminue pas et la pompe crée rapidement un vide continu dans une cloche en verre, sans cycle, avec un débit et une pression accrus. Grâce à l'interaction des deux moteurs à membrane, la pompe offre un rendement supérieur. Alors que la pompe individuelle atteignait en 2025 une pression absolue de 300 millibars, elle descend désormais sous les 200 millibars. « Nous pouvons bien sûr connecter davantage de membranes en série ou en parallèle afin d'adapter et d'augmenter la puissance, en fonction du domaine d'application », explique Paul Motzki.
Un pas de plus vers une utilisation industrielle
« La nouvelle version de la pompe constitue une nouvelle étape vers une application industrielle », déclare Paul Motzki. Depuis des années déjà, il travaille avec son équipe sur la technologie des films dans le cadre de nombreux projets de recherche. Son fonctionnement repose sur une couche d’électrodes électroconductrice et hautement extensible, avec laquelle le film est imprimé sur ses deux faces. Lorsque les chercheurs y appliquent une tension électrique, les deux couches imprimées s’attirent électrostatiquement : le film s’aplatit encore davantage tout en s’étirant en largeur. « En modifiant le champ électrique, nous pouvons commander l’élastomère diélectrique à n’importe quelle fréquence et avec n’importe quelle amplitude, et le faire vibrer ou effectuer des mouvements de va-et-vient lents, rapides et puissants de manière continue », explique Motzki. La feuille peut également maintenir n’importe quelle position souhaitée. Elle ne consomme de l’électricité que lorsqu’elle est en action. Les chercheurs de Sarrebruck utilisent la feuille comme un moteur : un mini-moteur qui ne nécessite aucun capteur supplémentaire.
« Les films font eux-mêmes office de capteurs », explique Paul Motzki. Cette fonction est intrinsèque aux élastomères diélectriques. Au moindre mouvement, les valeurs de mesure de la capacité électrique changent. Chaque déformation du film correspond à une séquence de chiffres caractéristique. À partir de cette valeur mesurée, les ingénieurs peuvent déterminer avec précision le degré de déviation mécanique du film, c'est-à-dire la manière dont il se déforme à ce moment-là. Dans une unité de régulation, ils programment des séquences de mouvements précises à l’aide de ces données de mesure et de méthodes d’apprentissage automatique. Ainsi, les films créent un vide dans des pompes à vide sans moteur, dosent des liquides en tant que valve ou servent de commutateurs à réglage continu. De plus, ils peuvent surveiller leur propre fonctionnement : les données de mesure indiquent si un corps étranger bloque la pompe ou si le vide n’a pas été créé de manière sûre.
Dans d'autres projets, l'équipe de Motzki utilise ces films pour des pinces robotiques, des haut-parleurs, mais aussi pour des applications telles que le retour haptique sur les écrans de smartphones ou les textiles intelligents : c'est le cas, par exemple, du gant de travail intelligent qui, en tant qu'interface, transmet à la technologie les mouvements actuels de la main et des doigts.
Au foire de Hanovre, l'équipe de recherche cherche des partenaires avec lesquels elle pourra perfectionner la technologie de la pompe afin de la rendre viable à grande échelle.
Contexte
De nombreux jeunes scientifiques mènent également des recherches sur la technologie des élastomères diélectriques dans le cadre de mémoires de master et de thèses de doctorat. Elle fait l'objet de nombreuses publications dans des revues spécialisées et a été soutenue dans le cadre de plusieurs projets de recherche, notamment par l'UE, la Communauté allemande de recherche (DFG), le gouvernement du Land de Sarre dans le cadre des projets FEDER iSMAT, V-Pro Saar et Multi-Immerse, ainsi que par l'Association de l'industrie métallurgique et électrique de la Sarre (ME Saar).
Afin de transposer les résultats dans la pratique industrielle, les chercheurs de l’université ont fondé la société mateligent GmbH, qui sera également représentée sur le stand de la Sarre au salon de Hanovre.
Pour toute question, veuillez contacter :
Prof. Dr.-Ing. Paul Motzki, chaire « Systèmes de matériaux intelligents pour une production innovante » : T : +49 (681) 85787-13 ; E : paul.motzki(at)uni-saarland.de
imsl.de – Chaire des systèmes de matériaux intelligents
zema.de – Centre de mécatronique et de techniques d'automatisation (ZeMA)
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