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Biomimétisme, le retour : s’inspirer des seiches pour se camoufler

Publié: 28 Mai 2018 dans Blindage et matériaux, Non classé, Optronique
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J’ai des marottes, et le biomimétisme en est une. Petit rappel : le biomimétisme, c’est notamment le fait de s’inspirer de la nature afin de concevoir des solutions innovantes, adaptées et efficaces en ingénierie. J’avais par exemple écrit cet article sur la squille, une super-crevette capable de générer de la super-cavitation, et dotée d’une hyper-sensibilité visuelle impressionnante la rendant capable de distinguer et de cibler des différences infimes dans l’infrarouge ou l’ultraviolet.

Après les essaims bioinspirés, les robots raies-manta, les supercrevettes ou la gourde inspirée du scarabée de Namibie, voici donc le camouflage inspiré des céphalopodes. J’avais également écrit sur le sujet il y a quelques temps (voir cet article ) – l’université de Cornell avait en effet développé une « peau électronique » capable de changer de couleur et de sentir les variations de pression, à base d’un « sandwich » de gel de silicone, emprisonnant deux électrodes extensibles et transparentes, et une couche de phosphore électroluminescent capable d’émettre une lumière colorée. Le but ? Développer une peau de camouflage pour un robot; mais la technologie était néanmoins quelque peu balbutiante.

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Une nouvelle recherche publiée dans la revue Advanced Optical Materials et intitulée « Natural Light-Scattering Nanoparticles Enable Visible through Short-Wave Infrared Color Modulation. » (ouf) relance le sujet. Il s’agit de travaux réalisés par l’université de Northearstern, en collaboration avec le Natick Soldier Research, Development and Engineering Center.

La recherche porte sur les chromatophores, ces organes spécialisés neuromusculaires présents chez les seiches ou les poulpes, et contenant des pigments dont ils gèrent la répartition. Cela confère aux bestioles des capacités incroyables de camouflage dynamique – voir la vidéo ci-dessous.

Ce n’est d’ailleurs pas l’apanage unique des céphalopodes – on trouve des chromatophores chez certains amphibiens, reptiles, crustacés, ou même poissons. Ces chromatophores sont tapissés sur une couche d’autres cellules : des iridophores qui jouent le rôle de miroirs en reflétant la lumière visible et en contrôlant sa couleur.

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Dans ces nouveaux travaux, le Pr Leila Deravi et son équipe ont analysé les particules de pigments extraites des céphalopodes (il s’agit de particules extrêmement petites, d’un diamètre moyen de 500nm). Ces particules forment des films à la surface de la peau (avec une épaisseur d’environ un micromètre, soit deux particules)  capables de diffuser la lumière, non seulement dans le spectre visible mais également dans le proche infrarouge. Les chercheurs ont réussi à répliquer ces nanofilms, afin d’incorporer de telles particules dans des textiles, et en particulier dans des treillis ou combinaisons de camouflage.

Leila Deravi

Cette capacité de diffusion augmente lorsque l’on réplique les iridophores, c’est-à-dire lorsque le film est placé sur une couche qui joue le rôle de miroir. Le résultat (et donc l’intérêt pour la défense) est double : (a) permettre de contrôler la couleur et la diffusion de la lumière afin de répliquer des couleurs et intensités proches de l’environnement du combattant – ce que l’on appelle un textile fonctionnalisé et (b) permettre la constitution de véritables « nano-panneaux solaires » capables d’absorber de manière optimale la lumière pour permettre le stockage d’énergie.

Leila Deravi

Les chercheurs ont ainsi pu fabriquer des fibres de tels films inspirés des chromatophores. Une recherche de pointe, sur le point d’aboutir au développement de textiles comparable à la peau des céphalopodes, et une avancée significative en comparaison de tous les travaux précédents sur le sujet.

Une peau électronique pour le camouflage des robots

Publié: 11 avril 2016 dans Blindage et matériaux, Non classé, robotique
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Il est évident que dans les applications militaires de la robotique de théâtre, la discrétion du robot joue un rôle essentiel. Au-delà du bruit (rédhibitoire aujourd’hui pour certains prototypes comme je le mentionnais dans cet article), il y a également l’apparence visuelle. Des chercheurs de l’université de Cornell aux Etats-Unis et de l’Institut italien de Pontedera viennent de publier une innovation dans le journal Science, réalisée grâce, en partie, à un financement conjoint de l’US Air Force et de l’US Army. Il s’agit d’une « peau extensible électroluminescente » inspirée par la peau des céphalopodes.

En effet, on connait depuis longtemps les capacités impressionnantes du poulpe ou de la seiche en termes de mimétisme : les céphalopodes ont la faculté de changer leur coloration afin d’imiter le terrain pour échapper à leurs prédateurs (ce que l’on appelle l’homochromie). Cette habileté à changer efficacement de couleur de tégument repose sur deux capacités : la capacité visuelle à analyser très rapidement leur environnement (donc à percevoir de très faibles variations d’intensité lumineuse et de nuances), et la présence de chromatophores, organes spécialisés neuromusculaires, contenant des pigments dont ils gèrent la répartition. Le résultat est plus qu’impressionnant (voir ci-dessous) :

Les chercheurs se sont donc inspirés de cette capacité pour développer une « peau électronique » capable de changer de couleur et de sentir les variations de pression. Pour ce faire, ils ont conçu un système de sandwich : gel en silicone à l’extérieur, emprisonnant deux électrodes extensibles et transparentes, et une couche de phosphore électroluminescent capable d’émettre une lumière colorée. La couleur dépend des additifs ajoutés au phosphore : du cuivre pour une lumière bleue, du magnésium pour le jaune, par exemple.

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En variant le nombre, la direction, la couleur et la superposition de ces « chromatophores artificiels », il devient possible d’émettre une lumière composée, et des motifs permettant de s’adapter à l’environnement. Comme la peau est extensible et déformable, le procédé semble effectivement prometteur.

L’idée est de développer des « robots souples » capables de changer d’apparence en cohérence avec leur environnement. D’autres chercheurs s’y étaient employés avec des succès plus… discutables (et notamment pour une fois, la DARPA et son concept de « peau liquide » développée avec Harvard University dans laquelle des colorants sont injectés pour en modifier la couleur. Bof.

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La vidéo ci-dessous montre le process. Amusant, mais on en voit tout de suite les limites.

Outre le camouflage, on peut imaginer qu’un revêtement comme celui développé par Cornell, appliqué sur un robot militaire puisse permettre d’afficher, le cas échéant, des marqueurs permettant de l’identifier, voire de forcer la visualisation de son statut. Un robot de garde deviendrait d’un rouge agressif après détection d’un intrus, ce qui aurait un rôle potentiellement dissuasif. Il pourrait également changer de couleur lorsqu’il est touché, la peau étant capable de détecter la pression. Un bon exemple de biomimétisme, avec évidemment tous les fantasmes qui vont avec…

Une avancée vers le développement de « capes d’invisibilité »

Publié: 28 septembre 2015 dans Blindage et matériaux
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On se souvient de la spéculation autour de quelques images et vidéo floues (c’est fou comme les vidéos présentant des concepts avancés ont tendance à être floues et de mauvaise qualité – tant qu’à parler de High-Tech, autant investir dans un bon caméscope…), comme celle-ci montrant prétendument un « soldat invisible » monter dans un char en Irak. Mouais.

L’information de ce jour est plus qualifiée : il s’agit d’une équipe de recherche académique à l’université de Californie à San Diego travaillant sur le concept de « cape d’invisibilité ». Ou plus exactement, de « cape à base de métasurface diélectrique » (sic). Et leurs travaux ont attiré l’attention du Pentagone.

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En 2006, des chercheurs de l’université de Duke avaient démontré qu’il était possible de modifier des ondes électromagnétiques en les absorbant et en les redirigeant. Bien qu’il ne s’agisse pas de longueurs d’ondes visibles, les chercheurs avaient rendu, en deux dimensions, un objet presque invisible aux micro-ondes (voir ci-dessous). Le souci : le matériau utilisé devait être à peu près 10 fois plus épais que la longueur d’onde visée.

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Aujourd’hui, Boubacar Kante et son équipe de l’université de San Diego ont annoncé qu’ils avaient mis au point un matériau ultra-fin, permettant de réaliser une « cape » de Teflon incorporant des micro-particules de céramique. Le résultat : pour dévier une longueur d’onde de 3cm (un radar naval, par exemple), la « cape » ne doit plus être épaisse que de 3mm. Pour une longueur d’onde de 500 nanomètres (lumière visible), l’épaisseur du matériau doit être de quelques dizaines de nanomètres. Autre avantage : les particules de métal auparavant utilisées avaient tendance à absorber les longueurs d’ondes visibles, rendant l’objet recouvert plus sombre – ce défaut n’existe plus avec les microparticules de céramique.

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Outre l’épaisseur, les limitations du concept étaient connues. Kante et son équipe prétendent aujourd’hui y répondre pour certaines :

  • Limitation angulaire : les ondes doivent être déviées par rapport à un observateur en face de l’objet, et la lumière arrivant à un angle de 45 degrés avec une tolérance angulaire de 6 degrés – l’équipe annonce tester d’autres solutions pour accroitre cette tolérance
  • Limitation du camouflage : on ne peut à la fois camoufler aux ondes radar et dans le visible. Pour le coup, cette limitation demeure vraie.

Mais la plus importante limitation, c’est que l’objet, camouflé ou non, continue à cacher ce qui se trouve derrière lui. Le concept est donc pour l’instant réservé aux milieux simples : camoufler un drone en appliquant le matériau sur sa surface ventrale, par exemple. Et par beau temps…

En revanche, la production du matériau ne semble pas poser de difficulté majeure, en termes d’échelle, de délais ou de coûts.

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Petit détail amusant : le Pr Boubacar Kante, bien que travaillant aux Etats-Unis… est français et a reçu son doctorat à l’université d’Orsay. A suivre donc: le déploiement opérationnel de telles solutions (limitées dans un premier temps) est envisagé dans une période de 5 à 10 ans.

Abracadabra – et le tank disparaîtra

Publié: 23 février 2015 dans Blindage et matériaux, Non classé
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Pour ceux qui étaient présents au salon Eurosatory 2012, peut-être vous souvenez vous du système ADAPTIV de BAE systems. Cet équipement consiste en un revêtement de plaques hexagonales à effet Peltier. On rappelle que l’effet Peltier est un effet thermoélectrique permettant de déplacer de la chaleur en présence d’un courant électrique, dans des matériaux conducteurs reliés par des jonctions. Dans le cas d’ADAPTIV, il s’agit de pouvoir modifier l’apparence d’un véhicule blindé recouvert d’une « peau » de plaques Peltier en infrarouge. Le petit film promotionnel de BAE ci-dessous est impressionnant : en utilisation opérationnelle, ADAPTIV permet de faire disparaître un char en IR, de prendre l’aspect d’un autre véhicule, ou encore de faire apparaître un marquage destiné à l’identification IFF (ami/ennemi) afin d’éviter les tirs fratricides. ADAPTIV a été créé par une équipe de sept personnes chez BAE, et fait l’objet d’un brevet.

Lors de son exposition à Eurosatory 2012, ADAPTIV était présenté sur un CV 90 de BAE Systems. Lors de MSPO 2013, la société polonaise OBRUM a présenté le concept de tank PL01, conçu en partenariat avec BAE systems, qui devrait être équipé du système ADAPTIV. Le PL01 est vu comme le premier char « furtif » destiné à l’appui feu. Je vous laisse découvrir le concept de PL01 via la vidéo ci-dessous.

Bon, tout ceci est effectivement impressionnant et très joli, mais est-ce adapté à un char? En premier lieu se pose le double problème du coût du revêtement, et de son entretien (et du MCO de l’ensemble). Sans parler de l’efficacité combinée à un blindage ou de la chaleur du canon (puisqu’un char qui a tiré cesse d’être furtif). Et enfin, quid de la dissipation thermique du moteur? L’effet est-il suffisant pour permettre au char de continuer à rouler sans faire apparaître des zones thermiques trop contrastées pour être voilées par ADAPTIV?

Autant de questions à se poser et à poser à BAE. Toutefois, le concept reste très innovant, et l’on peut imaginer dans un premier temps qu’une utilisation sur de petits véhicules destinés aux forces spéciales présente un intérêt évident. Sans parler de furtivité stricto sensu, on est face à une nouvelle génération technologique en termes de discrétion thermique, dont le potentiel opérationnel est immédiat.