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Un matériau auto-organisé à base de minirobots

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Des scientifiques de l’université de Californie ont conçu un "matériau" fait d’une agrégation de petits robots, capable de passer d’un état fluide à un état solide. Ces chercheurs, dirigés par Matthew Devlin, ont montré qu’un ensemble de minirobots coordonnés peut avoir le comportement d’un solide, et, à la demande, se transformer partiellement ou totalement en un liquide. En coopération avec Otger Campas, professeur de dynamique tissulaire au département physique de la vie de l’université de technologie de Dresde (Saxe), ces scientifiques se sont inspirés des cellules des embryons. « Les tissus embryonnaires vivants contrôlent en interne leur mécanique dans l’espace et dans le temps grâce à des réarrangements étroitement coordonnés de milliers de cellules », écrivent-ils. Ils se sont intéressés à trois propriétés à l’œuvre pour permettre la croissance de l’embryon.

D’abord, les cellules exercent les unes sur les autres des forces mécaniques tangentielles qui leur permettent de se déplacer. Les cellules embryonnaires ont également la capacité de s’orienter et de coordonner leurs comportements grâce à des signaux biochimiques. Cette malléabilité facilite la formation des différents organes et leur croissance. Enfin, ces cellules adhèrent les unes aux autres pour donner à l’ensemble une cohérence solide. Imaginer des minirobots qui jouissent de ces propriétés cellulaires fait passer de la biologie à la mécanique et à l’électronique. Pour imiter la polarisation cellulaire en réponse à des indices biochimiques, cette équipe de scientifiques bricoleurs a placé sur chaque unité des photorécepteurs avec des filtres polarisants qui détectent la lumière. Ensuite, ils les ont dotés d’aimants roulants, pour qu’ils puissent adhérer les uns aux autres. Et, afin de permettre des réarrangements de l’ensemble, chaque robot-cellule a été équipé de huit engrenages motorisés, dont seules quelques dents dépassent. « Le mouvement relatif des dents exposées au contact des autres unités robotiques crée des forces tangentielles à la surface de l’unité, similaires à la tension des jonctions cellulaires », précisent les chercheurs.

Puis, il a fallu passer aux exercices pratiques, avec cinq, vingt ou trente de ces robots qu’ils ont fabriqués. Ensemble, ils forment un objet capable de supporter le poids d’un homme, comme un matériau solide qui ne se déforme pas. Un signal électrique met l’ensemble en mouvement, comme un bloc de glace qui fond. Le solide est devenu liquide. La fluctuation des forces tangentielles et l’envoi d’un signal lumineux permettent d’orienter tout ou partie de ce "collectif robotique".

Ces chercheurs ont ainsi démontré la capacité de l’ensemble à se couler autour d’une sorte d’écrou avant de se rigidifier pour épouser sa forme, comme le ferait une clé à molette, pour le visser ou le dévisser. La modélisation d’un système composé de 400 unités a confirmé les capacités de pilotage de cet ensemble qui se comporterait comme un matériau solide et/ou liquide, capable en outre de se réorganiser à la demande...

Science : https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads7942

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