Analyse du panorama des brevets sur les matériaux à mémoire de forme

Il existe deux principaux types de SMM : les alliages à mémoire de forme et les polymères à mémoire de forme. Leurs compositions, mécanismes, applications et principaux acteurs (tels qu'identifiés par notre analyse du panorama des brevets) sont résumés ci-dessous.

• Alliages à mémoire de forme (AMF)

Composition:
Généralement fabriqué à partir d'alliages métalliques tels que le nickel-titane (NiTi), le cuivre-aluminium-nickel et le cuivre-zinc-aluminium.

Mécanisme:
Les SMA peuvent subir une transformation de phase réversible entre deux structures cristallines distinctes : une phase à haute température appelée austénite et une phase à basse température appelée martensite (photo ci-dessous, source de l'image ).

Applications :
Les SMA sont utilisés dans un large éventail de secteurs, notamment pour :

• Dispositifs médicaux (stents, fils-guides) :
  • Medtronic utilise des SMA dans ses stents auto-expansibles, qui peuvent être comprimés pour l'insertion, puis se dilater pour soutenir les vaisseaux sanguins une fois en place.
  • Ormco, réputé pour ses innovations orthodontiques, intègre les SMA dans une variété d'appareils dentaires, des brackets et fils traditionnels aux aligneurs transparents de pointe.
• Robotique :
  • SRI International a développé des préhenseurs robotisés qui utilisent des SMA pour adapter leur forme afin de mieux manipuler les objets, améliorant ainsi la polyvalence des systèmes robotiques.
• Composants aérospatiaux :
  • La NASA intègre les SMA dans les structures déployables des engins spatiaux, permettant aux composants de s'adapter à différentes conditions pendant les missions.
  • Boeing utilise des SMA dans les systèmes d'aéronefs, tels que les conceptions d'ailes morphologiques qui s'ajustent pour améliorer l'efficacité énergétique et la maniabilité.
• Électronique grand public :
  • Cambridge Mechatronics est spécialisé dans les actionneurs SMA utilisés dans les caméras de smartphones pour la stabilisation optique de l'image et les systèmes de mise au point automatique, avec plus de 50 millions d'unités expédiées sous ses différentes marques.
     

• Polymères à mémoire de forme (SMP)

Composition:
Fabriqué à partir de polymères capables de reprendre leur forme initiale lorsqu'ils sont déclenchés par un stimulus externe (voir encadré ci-dessous).

L’analyse du panorama des brevets offre un aperçu précieux de l’innovation, notamment en nous aidant à prédire l’avenir de la technologie. Dans cette partie, nous partagerons ce que notre analyse du panorama des brevets de l’innovation dans les SMM peut nous apprendre sur la prochaine génération de ces matériaux, y compris les principaux acteurs du secteur et les principaux marchés de recherche et développement (R&D) à l’origine de ces solutions innovantes.

Méthodologie et base de données

Pour comprendre les activités d'innovation et de R&D dans cette technologie, nous avons effectué une recherche macro à l'aide de notre logiciel propriétaire de veille IP. En analysant les brevets collectés grâce à notre expertise en services de IP Consulting , nous avons pu créer un aperçu mondial fascinant des avancées de la recherche et des investissements dans ce domaine.

Au total, la base de données comprend 34 267 familles de brevets déposées au cours des 20 dernières années.

Dynamique des brevets : principales conclusions sur les matériaux à mémoire de forme

Comme l’illustre le graphique ci-dessous, on observe une nette tendance à la hausse des dépôts de brevets SMM entre 2004 et 2023, en raison de la demande croissante pour cette technologie dans divers secteurs, notamment l’aérospatiale, l’automobile et la santé. De même, l’accent accru mis sur la durabilité et le développement de matériaux intelligents a stimulé l’innovation.

La dynamique illustre l'évolution des brevets pour les PME sur deux décennies. Le pic des brevets accordés a eu lieu en 2020 avec 916 brevets, contre 534 en 2010, soit une augmentation de 71,5 %.

En outre, le nombre de brevets en instance a augmenté de 280 %, passant de 147 en 2004 à 559 en 2020, soulignant l’innovation continue et la forte demande du marché.

Le graphique ci-dessous répertorie les principaux acteurs du secteur SMM par activité de brevets.

Les cinq premiers sont :

• (1) Harbin Institute of Technology (HIT) : éminente université de recherche en Chine, HIT est leader dans l'activité de brevets liés aux SMM, avec 231 brevets accordés. Les chercheurs de HIT ont exploré l'utilisation des SMM dans les applications aérospatiales, telles que les structures déployables et les composants adaptatifs qui améliorent la fiabilité et les performances des missions spatiales. Leurs recherches comprennent également le développement de pinces robotisées souples utilisant des SMM et l'intégration de SMM dans les textiles.
  
• (2) Opérations technologiques mondiales de GM : GM compte un nombre élevé de brevets inutilisés (205) par rapport aux brevets accordés (178). Elle utilise des alliages à mémoire de forme (AMF) et des polymères (SMP) dans une gamme de composants de véhicules pour améliorer la fonctionnalité et les performances. On peut citer comme exemples leur utilisation dans les composants adaptatifs et les surfaces actives des véhicules.
  
• (3) Boston Scientific Scimed et (4) Medtronic : Ces sociétés se distinguent par une répartition équilibrée des brevets, avec un nombre décent de brevets accordés (130 et 142, respectivement) et quelques brevets en attente, mais aussi un nombre considérable de brevets morts (84 et 72, respectivement).
  
  Les brevets de Boston Scientific englobent un large éventail d’innovations liées aux SMM, en se concentrant sur leur traitement, leur composition, leur application dans les dispositifs médicaux et les améliorations des performances.
  
  En tant que leader de la recherche sur les thermoplastiques et s'intéressant à presque tous les polymères à mémoire de forme, Medtronic détient des brevets pour une large gamme d'applications médicales, notamment les stents, les éléments d'ablation, les prothèses ossiculaires, les instruments chirurgicaux pour le glaucome, les sutures, les implants intervertébraux et les shunts auriculaires. En outre, la société a développé des méthodes de dépôt de couches minces de SMM, comme le nickel-titane (Ni-Ti), sur des substrats à l'aide de procédés de dépôt sous vide pour créer des micro-actionneurs.
  
• (5) Cook Medical : Leader mondial des dispositifs médicaux, Cook Medical détient un nombre important de brevets accordés et en instance liés aux SMM, principalement axés sur les applications innovantes des SMA et des SMP, destinés à être utilisés dans les dispositifs médicaux. Il s'agit notamment de dispositifs endoscopiques, d'instruments d'ablation et de clips et pinces hémostatiques qui utilisent les propriétés de mémoire de forme pour arrêter efficacement les saignements pendant les interventions chirurgicales.

Si nous examinons les données par première année d’application (illustrées dans le tableau ci-dessous), ce changement d’orientation technologique devient plus clair à mesure que de nouveaux acteurs entrent dans le domaine.

Il s’agit notamment de :

• Cambridge Mechatronics , qui   a commencé à apparaître comme un acteur clé en 2016, avec une croissance rapide des dépôts de brevets culminant en 2020 et se poursuivant fortement par la suite.
• Edwards Sciences de la vie, qui a également commencé à croître après 2017 avec 11 brevets en 2017 et 2018 un pic d'activité en 2023 avec 37 brevets.
• Des entreprises telles que Samsung et LG ont progressivement augmenté leur activité entre 2006 et 2017, reflétant la manière dont le secteur de l'électronique grand public s'engage davantage dans les technologies SMM.

Comme l’illustre le tableau, certaines entreprises ont arrêté ou ralenti le dépôt de brevets SMM :

• L'implication de GM a atteint un pic en 2010, puis a considérablement diminué après 2012, avec très peu de brevets après 2014. Cela suggère un possible changement stratégique ou l'achèvement d'une phase clé de R&D.
• L’activité de Cook a été constante entre 2005 et 2009, mais le dépôt de brevets a diminué après cette période et il n’y a eu presque aucune activité depuis 2010.
• Panasonic a eu une présence significative entre 2004 et 2007, mais n'a pratiquement plus déposé de brevets après 2012.

En revanche, l’engagement est resté stable ou a augmenté pour les éléments suivants :

• HIT démontre une augmentation significative de l'activité de brevetage, en particulier après 2017, et culminant en 2022. Ce modèle de croissance indique une expansion continue de la recherche, le secteur universitaire chinois étant potentiellement le moteur des futurs développements SMM.
• Bien que les entreprises de technologie médicale (Medtronic, Boston Scientific) ne dominent pas en nombre de brevets par rapport à des régions entières comme la Chine, elles maintiennent une présence constante dans le tableau. Cela suggère que les applications médicales continuent d'être au cœur des préoccupations de SMM.

Le dépôt de demande de pays prioritaire se fait le plus souvent dans le pays dans lequel la R&D est effectuée. L'examen de ces données nous montre donc quels sont les pays les plus innovants et ceux qui sont les plus actifs dans la recherche de protection de leurs inventions.

Plusieurs domaines technologiques semblent particulièrement pertinents pour les applications SMM :

Médical : Ce domaine, surligné en rouge, suggère une forte concentration sur les SMM dans le domaine médical. Les applications potentielles pourraient inclure :

• Stents et implants à mémoire de forme pour l'administration contrôlée de médicaments ou l'ingénierie tissulaire.
• Dispositifs orthopédiques qui s'adaptent aux besoins spécifiques des patients.
• Outils chirurgicaux minimalement invasifs avec une précision améliorée.

Matériaux, métallurgie : ce domaine témoigne d'un intérêt majeur pour le développement de nouveaux matériaux SMM et l'amélioration de leurs propriétés. Les efforts de recherche pourraient se concentrer sur :

• Optimisation de l'alliage et de la composition pour les effets de mémoire de forme souhaités.
• Traitements de surface et revêtements pour améliorer les performances du SMM.
• Développer des processus de fabrication SMM rentables et évolutifs.

Éléments mécaniques : Ce domaine suggère des applications potentielles des SMM dans divers composants mécaniques. Les exemples pourraient inclure :

• Actionneurs à mémoire de forme pour la robotique et l'automatisation.
• Composants auto-réparateurs pour une durabilité accrue et une maintenance réduite.
• Structures adaptatives avec capacité de charge améliorée.

Autres biens de consommation : bien que ce domaine soit vaste, il laisse entrevoir le potentiel des SMM dans les produits du quotidien. Les applications possibles pourraient inclure :

• Lunettes ou vêtements auto-ajustables.
• Meubles ou jouets qui changent de forme.
• Matériaux d’emballage intelligents avec fonctionnalités améliorées.

En conclusion, notre analyse du panorama des brevets dans le domaine des matériaux à mémoire de forme (SMM) a montré une nette évolution de 2004 à 2024.

La période 2004-2012 a été marquée par une augmentation constante du nombre de brevets, suivie d'une forte augmentation du nombre de brevets accordés à partir de 2013, en particulier dans le secteur de la santé. Les dispositifs médicaux, portés par des entreprises telles que Medtronic et Boston Scientific, continuent de dominer, le secteur automobile (par exemple, Toyota et GM) jouant également un rôle crucial. L'essor récent d'entreprises comme Cambridge Mechatronics et les contributions académiques constantes d'institutions comme l'Institut de technologie de Harbin soulignent l'importance de l'industrie et de la recherche pour faire progresser ce domaine.

Géographiquement parlant, la Chine est devenue un acteur dominant, avec des centaines d'entreprises déposant des brevets pertinents, ce qui en fait un leader constant en matière de dépôts de brevets, tandis que les États-Unis et la Corée du Sud maintiennent un engagement constant. Le Japon et l'Allemagne, en revanche, ont affiché un déclin ces dernières années.

La présence croissante des SMM dans des secteurs tels que l’électronique grand public et l’aérospatiale indique que ces matériaux deviennent de plus en plus polyvalents et essentiels à l’innovation. De même, l’intérêt et le développement continus des SMM dans de nombreux secteurs, de la santé à l’automobile, suggèrent que ces matériaux continueront de gagner en importance. Leurs propriétés uniques les rendent indispensables à l’avancement de l’innovation technologique, et l’activité continue en matière de brevets souligne le potentiel de croissance future et de nouvelles applications.

L'analyse du panorama des brevets peut fournir des informations précieuses sur les tendances et les marchés de la recherche et de l'innovation, comme nous l'espérons, l'illustre cette analyse des PME. Pour plus de détails sur l'activité des brevets dans ce secteur ou pour des conseils ou une assistance spécifiques sur tout autre sujet, contactez l'équipe de Questel IP Consulting .