Inspirés des bactéries, des micro-robots s’adaptent à l’environnement

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E minuscules robots élastiques inspirés des bactéries, qui adaptent leur morphol

E minuscules robots élastiques inspirés des bactéries, qui adaptent leur morphologie à leur environnement © 2019 EPFL/ ETHZ

Des chercheurs de l’EPFL et de l’ETHZ ont mis au point de minuscules robots élastiques inspirés des bactéries, qui adaptent leur morphologie à leur environnement. Biocompatibles, capables de maximiser leurs déplacements et d’atteindre des zones confinées, ils pourraient révolutionner les méthodes de largage ciblé de médicaments dans le corps humain.

Sera-t-il possible un jour d’ingérer de minuscules robots, afin qu’ils livrent un traitement directement à nos tissus malades - Tel est le scénario auquel pourraient participer les robots nageurs développés par l’EPFL et l’ETHZ.

L’équipe de Selman Sakar de l’EPFL et celle de Bradley Nelson à l’ETHZ ont conçu des microrobots nageurs mous, intelligents et biocompatibles. Ces petits mécanismes inspirés des bactéries, ont la particularité de pouvoir se déformer largement, ce qui leur permet d’évoluer à travers des vaisseaux sanguins étroits, et dans des milieux étriqués et complexes, sans perdre en vitesse ou en maniabilité. Constitués d’un hydrogel nanocomposite contenant des nanoparticules magnétiques, ils sont pilotés en leur appliquant un champ électromagnétique.

Dans leur étude, les chercheurs proposent une méthodologie pour « programmer » la morphologie des robots, afin d’optimiser leurs déplacements dans des différents milieux, qu’ils soient visqueux, à fort débit ou très denses. La recherche est publiée dans Science Advances .

Une intelligence «embarquée»

Traditionnellement, à l’échelle macroscopique, les robots sont dotés de circuiterie électronique, de capteurs, de batteries et d’actuateurs. A l’échelle microscopique, il en va tout autrement.

La miniaturisation de ces systèmes complexes pose énormément de problèmes en terme de fabrication. Les chercheurs ont donc construit leurs robots en utilisant une méthode de pliage inspirée des origamis, et gèrent leur locomotion grâce à une intelligence « embarquée » des robots.

«Nos robots ont une structure et une composition spéciales, qui déterminent la façon dont ils se déforment dans des conditions données. Ainsi, lorsque la viscosité ou la concentration osmotique de l’environnement change, par exemplele robot modifie sa forme pour préserver sa vitesse et sa maniabilité, et reste stable en cas de changement de direction», explique Selman Sakar.

Ces déformations «programmées» à l’avance et maîtrisées, permettent d’optimiser les performances du robot, qui s’adapte constamment à son environnement sans avoir besoin de recourir à des capteurs, ou à des actuateurs. Le robot peut être contrôlé à l’aide d’un champ magnétique, ou naviguer seul à travers les cavités, en utilisant le débit des flux. Dans les deux cas, le robot optera naturellement pour la morphologie la plus adaptée.

Inspirés par la nature

«La nature a créé une multitude de micro-organismes qui changent de forme pour s’adapter aux conditions de leur environnement», explique Bradley Nelson. «Ce principe simple nous a inspirés. Le défi majeur était de développer la physique qui décrivait ce type de changements, et ensuite d’intégrer le tout dans nos nouvelles technologies de fabrication ».

Les robots miniatures présentent l’avantage d’être faciles à fabriquer, et à des coûts moindres. Pour l’instant, les chercheurs travaillent toujours à améliorer leurs performances pour nager dans des fluides complexes, similaires à ceux qui se trouvent dans le corps humain.

Références

H.-W. Huang, B.J. Nelson, F.E. Uslu, M.S. Sakar, P. Katsamba, E. Lauga, Adaptive locomotion of artificial microswimmers, Science Advances