Le Muscle - Vers le muscle artificiel

Le gel possède plusieurs caractéristiques qui lui sont propres. En effet il ne peut être qualifié ni de liquide ni de solide. Il est considéré comme fixe mais reste très étirable.

 La 1^ère étape pour les scientifiques fut de fixer une fonction CO₂H aux macromolécules du gel. Après cela, ilsont ajouté de la soude (Na⁺ + OH^-) afin qu’en milieu aqueux, la fonction acide et la soude réagissent selon cette équation :  CO₂H + Na⁺ + OH^- => CO₂^- + Na⁺ + H₂O

La fonction acide fixée aux macromolécules devient alors CO₂^-, les macromolécules sont alors chargées négativement chargés. De plus, on sait que deux charges négatives se repoussent, les macromolécules s’écartent donc et le gel se déforme, s’étire. Et le muscle s’étendrait. On voit donc qu’une action chimique peut être transformée en action mécanique. 

Pour revenir à l’état initial les scientifiques avaient aussi la solution. En effet après un ajout d’acide chloridrique (HCl ), le muscle pourrait revenir à son état initial grâce la réaction décrite suivant cette équation : CO2- + HCl  CO2H + Cl-

Les charges négatives appliquées aux macromolécules disparaitraient donc et le muscle reprendrait son état initial.

Mais ce fonctionnement n’est valable que sur une courte durée, car les ions formés lors des deux équations chimiques précédentes (Na+ et Cl-) réagissent ensemble et forment NaCl, donc du sel. Mais le sel forme un écran entre les macromolécules et empêche l'étirement du gel car les charges négatives ne traversent pas l'écran créé . L'extension du muscle ne serait donc plus possible.

Après cette première phase d’essai, les chercheurs décidèrent d’améliorer leur système. Ils gardèrent les grands axes mais modifièrent les réactifs.

En effet, ils gardèrent exactement le même processus jusqu’à l’ajout de la soude. Après cela au lieu de rajouter de l’acide chlorhydrique, ils rajoutèrent l’ion Ba²⁺. Afin que ce dernier réalise deux liaisons. Cela se fait suivant cette réaction :  2CO₂^- + Ba²⁺ => CO₂ + Ba

Les macromolécules ne se repousseraient donc plus, et le gel reprendrait sa taille initiale.

Ensuite, afin de retrouver l’état initial, il suffit de rajouter à nouveau de la soude (Na⁺ + OH^-) dans le but que (CO₂ + Ba) réagissent suivant cette équation : Ba(CO₂)2 + Na⁺ + OH^- => CO₂^- + Ba(OH)₂ + Na⁺. Les macromolécules du gel se repousseraient donc les unes les autre grâce au charges électronégatives contenues par CO₂^-.

ce système possède plusieurs désavantages. Tout d’abord, le temps de la réaction est très lent, le muscle artificiel ne pourrait donc pas réaliser ses mouvements aussi vite que le muscle naturellement présent chez l’homme. Mais le plus important est que la réaction se fait d’abord sur les faces extérieures du gel avant de réagir au cœur de ce dernier. L’étirement de certaines parties mais pas d’autres entraine des fractures et une fatigue du mouvement. Cette réaction ne peut pas s’effectuer sur le long terme.

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EXPERIENCE :

Pour vérifier les grandes lignes de ce principe, nous avons fait réagir de la gélatine alimentaire avec de l’eau. Même si les équations chimiques ne sont pas les mêmes, le principe d’étirement, lui ne change pas.

 Pour ce faire, nous avons laissé réagir une feuille de gélatine pendant 3h dans un saladier rempli d’eau. Nous avons pris des photos à intervalles réguliers, et nous avons pu observer les phénomènes des plus intéressants :

T = 0 seconde

Démarrage de l'expérience : Feuille de gélatine dans un saladier rempli d'eau. 

_____T = 45 minutes

Observation : Fissures dans la gélatine.

Interprétation : Confirmation des thèses avancés par les scientifiques. Il y a bien fatigue au niveau du mouvement.

_____T = 60 minutes

Observation : Pliures dans la gélatine.

Interprétation : Il y a mouvements contradictoires, donc a nouveau fatigue.

_____T = 180 minutes

Fin de l'expérience : La feuille de gélatine s'est agrandi significativement.

Conclusion : Il est possible de transformer une action chimique en action mécanique. Cependant, on observe de nombreuses contraites qui s'appliquent lors de l'agrandissement.

< Introduction 

Conclusion >