Catalogue de matériaux Kion / Cubion / Spherion
Sourcing, prototypage, achat de composants
Résumé
Catalogue des matériaux pour construire physiquement un Kion, du Bion de 16 mm au Kion habitable de 512 mm, toutes dimensions en puissances de 2. Organisé par fonction : écrans carrés alignés sur l'arête, structure mécanique en tensegrité (carbone, Kevlar, Nitinol pour le morphing), électronique (ESP32-S3, PCB Xerbot, induction Tesla, bruit quantique Zener), matériaux des Wormions et koins, énergie et fabrication. Budget de démarrage de 200–300 $ pour un Cubion 32 mm avec morphing actif.
§1Écrans carrés — le défi central
Le besoin est posé clairement. Chaque face d’un Cubion doit accueillir un écran carré qui s’aligne dimensionnellement sur l’arête du cube. Comme l’arête du Cubion est une puissance de 2 multiple du Bion (donc 16, 32, 64, 128, 256, 512 mm et au-delà), il faut trouver pour chaque taille un écran carré dont la diagonale corresponde, sachant que la diagonale d’un carré de côté s vaut s√2 ≈ 1.414 s. Cette relation est importante parce que les écrans sont vendus par diagonale en pouces, et il faut convertir.
La conversion utile à mémoriser est qu’un écran carré de diagonale d pouces a un côté de d × 25.4 / √2 ≈ d × 17.96 mm, soit en arrondi d × 18 mm. Inversement, un côté de s mm correspond à une diagonale de s / 18 pouces. Le tableau suivant donne pour chaque taille canonique de Cubion la diagonale d’écran cible et ce qui est réellement disponible sur le marché.
Pour un Cubion de 32 mm (N=2) L’arête est de 32 mm, donc la diagonale d’écran cible est de 32/18 ≈ 1.78 pouces. Sur le marché, deux options se présentent. La première est le Z154001 ou ST7789V à 1.54 pouces (240×240, IPS, SPI, environ 28 mm de côté visible), qui laisse 2 mm de bordure de chaque côté — c’est confortable pour le bezel et la connectique FPC. La seconde option est le ET014WV01-X de Youritech, 1.4 pouces avec 320×320 pixels, qui donne une densité de pixels plus élevée mais une zone active légèrement plus petite. Le ST7789V à 1.54 pouces est probablement le bon défaut parce qu’il est ultra-répandu, peu cher, et dispose d’une multitude de librairies Arduino/ESP32 disponibles.
Pour un Cubion de 64 mm (N=4) — la cible “téléphone-classe”
L’arête est de 64 mm, diagonale d’écran cible 64/18 ≈ 3.56 pouces. Les options s’élargissent. Le ET034WF01-Z de Youritech à 3.4 pouces propose 480×480 pixels en IPS avec interface MIPI (driver ST7701SN), ce qui colle presque parfaitement dimensionnellement. Le ET039SQ01 à 3.92 pouces avec 320×320 pixels existe aussi mais est légèrement trop grand. Pour un projet plus haute résolution, le ET040WF01-TT à 3.95 pouces propose 480×480 en RGB 18 bits. À cette échelle, on commence à pouvoir utiliser du tactile capacitif intégré (PCAP) sans surcoût majeur.
Pour un Cubion de 128 mm (N=8) — le Xerboxion personnel L’arête est de 128 mm, diagonale cible 128/18 ≈ 7.1 pouces. On entre dans le domaine des écrans qui ressemblent à des tablettes. Le ET070HD01-AP de Youritech à 7 pouces avec 720×720 pixels IPS et interface LVDS est très exactement la bonne dimension. Le Z70120 de Zhunyi propose un 7 pouces 750×750 LVDS haute luminosité (1500 nits, donc utilisable en extérieur direct). Le Z70027 incell touch 7 pouces avec 600×1024 (pas tout à fait carré, format légèrement rectangulaire) est une alternative si on accepte de tronquer en software. À cette échelle, il faut compter une consommation de l’ordre de 2 à 3 W par face en pleine luminosité, ce qui dimensionne l’alimentation.
Pour un Cubion de 256 mm (N=16) — le Cubion de bureau L’arête est de 256 mm, diagonale cible 256/18 ≈ 14.2 pouces. On est désormais dans le domaine industriel. Le Z84001 ou ET084SQ01 à 8.4 pouces existe en 600×600 mais reste petit. Pour 14 pouces, il faut souvent passer par des écrans industriels personnalisés ou des panels OLED de smartphones grand format détournés. Une alternative intéressante est l’écran flexible AMOLED de 6.67 pouces commercialisé par DFRobot avec une carte d’adaptation MIPI-HDMI, qui permet le branchement direct sur Raspberry Pi — c’est ce qu’il faut suivre pour une production accessible.
Pour un Cubion de 512 mm (N=32) — le Cubion habitable L’arête est de 512 mm, diagonale cible 512/18 ≈ 28.4 pouces. À cette taille, on vise des écrans OLED flexibles haut de gamme. L’écran flexible OLED de 22 pouces commercialisé par UPERFECT en 3K touch foldable est une référence intéressante mais reste légèrement trop petit. Les écrans flexibles 28-32 pouces existent en industriel mais ne sont pas grand public. C’est probablement à cette échelle qu’il faut envisager une approche hybride avec mosaïque de petits panels carrés (par exemple quatre dalles de 256 mm formant ensemble une face de 512 mm), ce qui réintroduit naturellement la composition fractale qu’on a déjà identifiée comme principe d’architecture.
Recommandation transversale sur les écrans Le ST7789V à 1.54 pouces et ses variantes 240×240 forment le défaut universel pour le
prototypage du Bion-face. Ils sont disponibles partout, supportés par toutes les librairies, et coûtent moins de cinq dollars unitaires. Pour la version Xerboxion personnelle 128 mm, le Z70120 à 7 pouces 750×750 LVDS haute luminosité est probablement le meilleur compromis qualité-prix-disponibilité actuellement. Pour tout ce qui dépasse 256 mm, il vaut mieux composer plusieurs écrans plus petits en mosaïque que de chercher un panel monolithique — c’est plus modulaire, plus réparable, et plus aligné philosophiquement avec l’architecture fractale du système.
Un point important sur l’aspect Wormion : la récursivité carré-dans-carré-dans-carré que tu as identifiée visuellement peut être rendue de deux façons. Soit en software, en dessinant les motifs imbriqués directement sur l’écran de face, ce qui est trivial mais consomme de l’énergie en permanence. Soit en hardware, en composant chaque face avec plusieurs écrans imbriqués physiquement — un grand écran 480×480 sur lequel on monte mécaniquement un petit écran 240×240 au centre, puis encore un plus petit en son centre, et ainsi de suite jusqu’à la résolution du Bion. Cette seconde approche permet d’avoir des Wormions qui s’allument indépendamment selon la bande passante demandée, ce qui est très exactement la sémantique de Shannon proposée par le conseil scientifique.
§2Structure mécanique — du rigide au tensegrité
Le conseil scientifique a fortement orienté vers une structure en tensegrité plutôt qu’en construction rigide articulée. Cela change radicalement la liste des matériaux nécessaires. Une structure rigide demande des barres, des charnières, des actionneurs aux articulations. Une structure tensegrité demande des éléments en compression isolés et un réseau d’éléments en tension qui les relient sans contact direct entre les compressifs.
Pour les éléments en compression — c’est-à-dire les barres rigides qui forment le squelette du Cubion — les matériaux candidats sont d’abord la fibre de carbone (CFRP, polymère renforcé fibre de carbone), qui offre le meilleur rapport résistance-poids actuellement disponible, environ cinq fois plus léger que l’acier pour une résistance équivalente, ce qui est crucial pour un objet manipulé à la main ou volant. Les tubes de fibre de carbone pultrudés de diamètres 3, 4, 6, 8 mm sont disponibles chez la plupart des fournisseurs hobby (DragonPlate, Easy Composites) à des prix raisonnables. L’inconvénient est l’usinage, qui nécessite des outils diamantés et un masque respiratoire à cause de la poussière. Une alternative plus simple pour le prototypage est l’aluminium 6061-T6 en tubes ou profilés, qui s’usine facilement avec de l’outillage standard. Pour les Cubions de petite taille (Bion atomique 16 mm), des tubes en acier inoxydable ou même en titane peuvent être pertinents — le titane grade 5 a un rapport résistance-poids proche du carbone mais sans les contraintes d’usinage des composites.
Pour les éléments en tension — c’est-à-dire les câbles qui relient les barres compressives
sans qu’elles se touchent — le Kevlar (aramide) est le matériau de référence depuis cinquante ans. Il a une résistance à la rupture exceptionnelle (environ 3.6 GPa pour le Kevlar 49), absorbe les chocs, et résiste très bien à la fatigue. Pour les applications structurelles dynamiques (où la tension varie en permanence), le polyester haute ténacité ou le UHMWPE (Dyneema, Spectra) sont des alternatives qui ont une élasticité légèrement supérieure. Le diamètre typique pour les câbles de tensegrité d’un Cubion de 64 mm serait de l’ordre de 0.5 à 1 mm, ce qui se manipule à la main mais nécessite des terminaisons soignées (sertissage ou nœuds spécifiques pour ne pas perdre en résistance).
Pour le morphing actif Cubion ↔ Spherion, c’est-à-dire l’actionnement qui fait passer la structure d’un état à l’autre, les alliages à mémoire de forme (SMA, principalement le Nitinol) sont la solution la plus prometteuse. Le Nitinol existe sous forme de fil de 0.1 à 1 mm de diamètre, change de phase entre martensite et austénite autour de 70 à 90 °C selon l’alliage, et peut être déformé puis retrouver sa forme originale par chauffage Joule (passage d’un courant électrique direct dans le fil). Pour le Kion, on peut imaginer que les câbles de tension de la structure tensegrité soient en partie composés de Nitinol pré-formé selon la géométrie sphérique, et que le passage d’un courant les fasse se contracter pour tirer la structure depuis sa configuration cube vers sa configuration sphère. C’est exactement le mécanisme étudié dans la littérature récente sur les tensegrities adaptatifs avec SMA, donc on a déjà une base scientifique solide pour cette approche. La rétractation peut atteindre 4 à 8 % de la longueur initiale, ce qui est suffisant pour un morphing perceptible dans une structure de quelques dizaines de centimètres.
Pour le revêtement souple qui recouvre la structure et donne au Spherion sa surface lisse, le silicone médical (Ecoflex 00-30 par exemple) ou le TPU thermoplastique offrent l’élasticité nécessaire pour suivre le morphing sans déchirure. Le TPU a l’avantage d’être imprimable en 3D, ce qui permet d’intégrer des canaux internes pour des câbles, des capteurs, ou des conduits fluidiques.
§3Électronique — composants déjà identifiés et nouveautés
La session hardware du 11 avril 2026 avait déjà cartographié l’électronique de base pour un Xerboxion 3×3×3 standard. Cette liste reste valide et constitue le cœur du sourcing actuel. Le cerveau central est l’ESP32-S3 (WiFi, BLE, GPIO) pour les configurations modestes, ou le Milk-V Duo S / Raspberry Pi Zero 2W pour les configurations qui demandent un vrai Linux. Le PCB Xerbot déjà conçu en KiCad 9 a posé les standards : driver moteurs TB6612FNG avec encodeurs quadrature, contrôle servos PCA9685 puis STM32F405RGT6 pour le temps réel, hub I²C TCA9548A, capteurs MPU-6050 (IMU 6 axes) et BME280 (température, pression, humidité), audio MEMS I²S (ICS-43434) avec ampli classe D MAX98357A.
Pour le morphing actif et la mécatronique des bras-kion, il faut ajouter à cette liste des
servomoteurs miniatures (typiquement Dynamixel XL-330 pour les petits Cubions, ou des servos hobby standards 9g/12g pour les prototypes), des drivers de Nitinol (relais MOSFET pilotés par PWM, contrôle de température par PID sur le courant), et des capteurs de position absolue (encodeurs magnétiques AS5048 par exemple). Pour la transmission par induction proposée par Tesla dans le conseil, les coils de charge sans fil Qi ou les modules de transfert d’énergie résonant 6.78 MHz AirFuel sont disponibles en composants discrets, ce qui permet d’attelier les Kions sans contact électrique mécanique direct.
Les pogo pins restent le moyen le plus simple de connecter mécaniquement des Bions entre eux dans un Cubion. Les références Mill-Max (séries 0850, 0815) sont les classiques avec un cycle de vie typique de 100 000 insertions, ce qui est largement suffisant pour un usage modulaire. Pour le hot-swap réel et la connexion automatique magnétique entre Cubions, les MagSafe-like connectors avec aimants néodyme N52 intégrés sont la solution. Adafruit et Pimoroni commercialisent des magnetic pogo connectors qui font les deux à la fois (aiguillage magnétique + connexion électrique).
Le bruit quantique évoqué par Heisenberg dans le conseil peut être implémenté à très bas coût en exploitant le bruit de jonction d’une simple diode Zener inversement polarisée, ou plus proprement avec un module TRNG dédié comme le BG7TBL-QRNG (générateur quantique commercial à environ 200 dollars). Pour un prototype, le bruit thermique d’une résistance amplifié par un AOP est suffisant pour fournir quelques kilobits par seconde d’entropie vraie.
§4Matériaux pour les Wormions et les koins
Les koins (coins traversables, point d’accès Xion) ont déjà leur spec hardware dans la session d’avril : transparents avec un petit écran triangulaire derrière, intégrant switch, encodeur rotatif et joystick. Le matériau du couvercle transparent doit être à la fois résistant aux chocs et clair optiquement, ce qui pointe vers le polycarbonate moulé (PC) ou le PMMA (acrylique) avec un traitement antireflet. Le PC est plus résistant aux chocs et au feu, le PMMA est plus transparent et moins cher mais plus fragile. Pour un prototype, l’impression 3D en résine SLA transparente (Formlabs Clear V4 par exemple) donne un résultat très propre.
Les petits écrans triangulaires derrière les koins sont un défi spécifique. Les écrans triangulaires natifs sont quasi-inexistants commercialement, donc deux approches sont possibles. La première est de découper optiquement (avec une lentille de Fresnel ou un prisme) un petit écran rond OLED de 0.42 pouces (Adafruit 0.42 OLED par exemple) pour ne montrer qu’une portion triangulaire. La seconde, plus moderne, est d’utiliser une matrice de micro-LEDs RGB pilotables individuellement (chips WS2812B miniatures) arrangées en triangle, ce qui donne moins de définition mais beaucoup plus de flexibilité de forme.
Pour les Wormions, qui sont visuellement le motif récursif carré-dans-carré et fonctionnellement le portail Xion, l’implémentation matérielle la plus directe est un anneau de LEDs adressables individuellement (NeoPixel ring ou Adafruit DotStar) imbriqué dans le bezel de l’écran principal. Chaque niveau de récursion devient un anneau de LEDs, et l’allumage progressif du fractal correspond à l’activation des canaux Shannon que le conseil scientifique a identifiés. Pour une vraie puissance fractale, on peut aussi imprimer le motif Wormion directement sur le PCB de la face en pistes conductrices, ce qui combine fonction décorative et fonction d’antenne — c’est exactement la voie Sierpinski sur PCB que le document IOCFF avait déjà étudiée pour les antennes fractales du Bion.
§5Énergie et autonomie
L’alimentation reste cohérente avec la spec d’avril : batterie LiPo plate avec circuit de charge TP4056 et USB-C, ou alimentation directe USB-C Power Delivery pour les configurations stationnaires. Pour les Kions habitables ou les convois de train, il faut monter en puissance avec des batteries lithium-ion 18650 ou 21700 en pack série-parallèle, idéalement avec un BMS (Battery Management System) intégré comme les modules JK ou Daly pour les configurations grand format.
Pour la récupération d’énergie en mouvement (mode train, mode drone), des cellules photovoltaïques flexibles peuvent être intégrées sur les faces non-écran du Spherion en mode croisière. Les cellules CIGS flexibles (PowerFilm SP3-37 par exemple) offrent environ 10 % de rendement avec une grande tolérance aux courbures, ce qui est compatible avec le morphing. Pour des conditions de très basse luminosité (intérieur souterrain), des thermogénérateurs (modules Peltier en mode TEG) peuvent capter le différentiel thermique entre les composants chauds (compute) et l’extérieur.
Sur la question de l’énergie cinétique du convoi, l’approche Tesla par induction résonante implique des bobines accordées dans chaque Cubion. Les fils de Litz (Litz wire), composés de nombreux brins fins isolés individuellement, sont la solution standard pour minimiser l’effet de peau aux fréquences MHz. Pour les Cubions de prototypage, des bobines air-core gravées sur PCB ou enroulées à la main sur des bobines imprimées 3D suffisent.
§6Fabrication et prototypage
Pour les structures Cubion à toutes les échelles jusqu’à 256 mm, l’impression 3D FDM (Filament Deposition Modeling) en PETG ou PLA est largement suffisante pour le prototypage. Le PETG a l’avantage d’être plus résistant à la chaleur et à l’UV que le PLA, ce qui est important pour les Cubions qui hébergent du compute qui chauffe. Une Prusa MK4
ou une Bambu Lab P1S permettent d’imprimer la totalité des pièces structurelles à un coût marginal.
Pour les pièces plus précises (Koins, articulations des bras-kion), l’impression résine SLA (Anycubic Photon Mono, Formlabs Form 3+) donne une finition supérieure et une précision dimensionnelle bien meilleure. Pour les pièces qui doivent supporter des contraintes mécaniques élevées (legs porteurs, axes d’articulation), il faut passer à la fabrication CNC en aluminium 6061, ce qui se fait soit en interne avec une machine type Carbide 3D Nomad ou Shapeoko, soit en externalisé chez JLC3DP (impression résine + CNC à des prix très accessibles).
Les PCB des faces et des Bions sont commandés chez JLCPCB ou PCBWay avec assemblage SMD (SMT assembly). À l’échelle des prototypes, un PCB de 40×40 mm en deux couches avec une vingtaine de composants assemblés coûte autour de 50 dollars en quantité 5 unités, ce qui permet d’itérer rapidement.
Pour l’assemblage final, des fixations magnétiques (aimants néodyme N42 ou N52, formats discoïdaux 3 à 8 mm de diamètre) permettent l’attache-détache sans outils, ce qui est aligné philosophiquement avec le principe de modularité du Cubion. Pour les Bions à insertion dans le grid, des clips imprimés en TPU souple ou des verrous tournants quart-de- tour métalliques sont les deux écoles principales.
§7Synthèse — par où commencer
Si tu veux te lancer dans le prototypage matériel immédiatement, l’ordre logique d’acquisition est le suivant. Commence par cinq à dix écrans ST7789V de 1.54 pouces à 240×240 (environ 25 dollars sur AliExpress) qui te permettront de prototyper les faces de plusieurs Bions et Cubions de petite taille. Ajoute deux ou trois ESP32-S3 DevKit (environ 15 dollars chacun) pour le compute. Commande chez Mill-Max un assortiment de pogo pins en différentes longueurs pour expérimenter la connexion inter-Bion. Achète des tubes de fibre de carbone de 3 mm de diamètre et du fil de Kevlar 1 mm pour explorer la tensegrité à petite échelle. Pour le morphing, un échantillon de fil de Nitinol Flexinol (Dynalloy) de 0.15 mm de diamètre te coûtera environ 30 dollars pour 3 mètres, ce qui est largement suffisant pour les premières expériences.
Le budget total pour démarrer un prototype complet de Cubion 32 mm avec morphing actif et trois faces écran est de l’ordre de 200 à 300 dollars en composants, plus les filaments d’impression 3D. C’est très accessible pour un projet personnel et bien dans les ordres de grandeur que tu manipules déjà. La vraie complexité ne sera pas dans le sourcing mais dans l’intégration mécanique et la mise au point du contrôle de morphing, qui demanderont des dizaines d’heures d’itération.
§8Tableau de référence rapide
Pour t’éviter de chercher dans le texte, voici en synthèse les correspondances taille-Cubion à composant principal recommandé. À l’échelle Bion atomique de 16 mm, on n’utilise pas d’écran par face mais des LEDs RGB individuelles (WS2812B), avec ESP32-C3 pour le compute miniature. À 32 mm, un écran ST7789V 1.54 pouces par face avec ESP32-S3. À 64 mm, un écran ST7701S 3.4 pouces 480×480 MIPI par face avec Raspberry Pi Zero 2W ou ESP32-S3. À 128 mm, le 7 pouces 720×720 LVDS avec Raspberry Pi 5 ou Compute Module. À 256 mm, mosaïque de quatre écrans 128 mm avec Compute Module 5 ou mini-PC. À 512 mm, mosaïque de seize écrans 128 mm ou de quatre écrans 256 mm avec un vrai PC ITX ou serveur compact intégré dans le Cubion central.
Cette progression dimensionnelle illustre exactement la composition fractale du système : chaque doublement de taille peut soit utiliser un écran deux fois plus grand, soit composer quatre écrans deux fois plus petits. Les deux stratégies sont valides et ont leurs propres avantages — un écran unique pour la simplicité d’intégration, une mosaïque pour la modularité et la réparabilité — et le système peut basculer entre les deux selon les contraintes de chaque échelle.
Catalogue v0.1 généré le 20 mai 2026. À actualiser quand les premiers prototypes auront permis de valider ou éliminer certaines pistes. Les références prix et disponibilité sont indicatives au moment de la rédaction et doivent être revérifiées avant commande.
Statut : draft · Licence : AGPL-3.0
· 20.05.2026 · materiaux-kion