Comment apprendre à un matériau mou à s'écouler sur commande express

Le miel épais s'étale lentement sur l'assiette. Dans un tel monde, où le frottement supplante l'inertie, le mouvement est régi non par la force, mais par la viscosité. C'est ainsi que se comportent de nombreux matériaux mous : gels polymères, suspensions colloïdales, contenu des cellules vivantes. Les scientifiques se sont demandé : peut-on modifier localement la viscosité pour que le matériau réagisse différemment à la contrainte en différents points ?

Ils ont développé une méthode fondée sur l'idée de « vieillissement dirigé » : de même que les muscles se renforcent à l'exercice, le matériau « s'entraîne » à modifier sa résistance en réponse à des déformations locales. En utilisant une approche mathématique qui décrit les pertes d'énergie dans un milieu visqueux, les auteurs ont dérivé des règles de mise à jour de la viscosité en chaque point. Ces règles permettent au matériau de s'ajuster progressivement au comportement mécanique souhaité.

Pour tester l'idée, les scientifiques ont simulé un matériau de Maxwell désordonné — une substance qui se comporte comme un solide élastique sous sollicitations rapides, mais s'écoule comme un liquide sous sollicitations lentes. Il s'est avéré qu'en modifiant localement la viscosité, on peut contrôler le coefficient de Poisson — la grandeur qui indique à quel point un matériau se contracte dans une direction lorsqu'on l'étire dans une autre. Par exemple, on peut faire en sorte que, lors d'une compression, le matériau ne s'étale pas latéralement, mais reste inchangé ou même se contracte.

Cette approche rappelle l'apprentissage d'un réseau de neurones, mais au lieu des poids des connexions, ce sont les viscosités locales qui sont ajustées. Le matériau « apprend » lui-même le comportement souhaité en s'adaptant aux conditions extérieures. Cela ouvre la voie à des gels intelligents qui changent de rigidité au toucher, ou à des polymères qui s'adaptent aux contraintes.