Natation améliorée pour des robots a l’échelle nanométrique

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21 septembre 2018

Des chercheurs du Technion ont achevé une étude qui révèle la configuration optimale pour que des robots de l’échelle du nanomètre puissent voyager dans le corps humain pour effectuer toutes sortes de tâches.

Dirigée par le Prof. Alexander Leshansky du département Wolfson de génie chimique du Technion, l’équipe de recherche composée de chercheurs provenant de trois facultés du Technion (le département Wolfson de génie chimique, le département de mathématiques et le département de physique) a analysé la configuration optimale pour que des robots de l’échelle nanométrique puissent « nager » dans le corps humain. Ces résultats ont été récemment publiés dans la revue scientifique Science Robotics.

Au cours de la dernière décennie, des groupes de recherche du monde entier ont travaillé à la mise au point de robots micro- ou nanométriques capables de se déplacer dans un environnement liquide. Ces robots offrent diverses possibilités pour d’importantes applications biomédicales, y compris pour transporter des traitements thérapeutiques.
L’inspiration originale pour la conception de ces robots miniatures vient des bactéries, qui se déplacent en utilisant des queues hélicoïdales minces appelées flagelles. Lorsque le flagelle tourne dans le liquide, il crée une friction qui propulse en avant la bactérie. Inspirés par ce mécanisme naturel, les groupes de recherche ont développé de minuscules spirales qui sont entraînées par un champ magnétique rotatif, imitant ainsi le mouvement d’un flagelle.

Bien que cette méthode offre un certain nombre d’avantages, la création de ces spirales est complexe. En conséquence, les chercheurs du Technion ont suggéré d’utiliser des grappes de nanoparticules magnétiques agrégées de manière aléatoire, constituant des « flagelles » minuscules. Ces grappes peuvent être facilement fabriquées en utilisant un simple processus d’agrégation. Néanmoins, dans l’article publié dans Science Robotics, les chercheurs du Technion démontrent que cette approche ne donne pas de résultats optimaux.
L’équipe de chercheurs a donc développé une théorie pour calculer la vitesse optimale de ces flagelles magnétiques en fonction de leur forme et de leur aimantation. En conséquence, ils peuvent maintenant calculer la vitesse maximale possible des grappes et la forme optimale pour ces minuscules flagelles. Ils ont ainsi montré que la fine spirale inspirée par la nature n’est pas une forme optimale, mais que cette dernière serait plutôt un arc épais avec des extrémités torsadées. Ce flagelle synthétique optimisé se déplacerait beaucoup plus vite que les grappes agrégées de manière aléatoire précédemment développées.

Selon le Prof. Leshansky, les résultats de l’étude conduiront au développement de nanorobots plus efficaces. Il ajoute que « la plupart des chercheurs dans ce domaine supposent que la forme hélicoïdale biomimétique des nano-dispositifs de nage synthétiques est la forme optimale. À notre grande surprise, nous avons découvert que cette forme optimale est plutôt différente de l’hélice. Nous n’avons d’ailleurs pu trouver de structure plus efficace. »

Source : http://robotics.sciencemag.org/content/3/17/eaas8713.full?ijkey=HJCjkzpo3nFoI&keytype=ref&siteid=robotics

Rédacteur : Guillaume Duret, post-doctorant au Technion

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