Développer des robots souples inspirés des vers
Inspirée de la nature, la robotique souple – des dispositifs fabriqués à partir de matériaux très flexibles, tels que le silicium et des fluides, plutôt que de métaux rigides – ouvre la voie à un large éventail d’applications, de la médecine à l’exploration spatiale. «La pieuvre, capable de prouesses extraordinaires, est l’un des exemples les plus étudiés dans la nature», explique Arianna Arianna Menciassi, coordinatrice du projet MAPWORMS(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) à la Scuola Superiore Sant’Anna(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), en Italie. «Ses longs tentacules, tout en restant souples, sont capables de développer une force considérable, de s’allonger et de saisir des objets.» Arianna Menciassi compare cette capacité au bras humain, dont les points de flexion sont fixes: le poignet, le coude et l’épaule. Autrement dit, les mouvements du bras restent limités à certaines positions. La pieuvre, en revanche, bénéficie d’une liberté de mouvement presque illimitée.
Dispositifs médicaux de robotique souple
MAPWORMS, financé par le Conseil européen de l’innovation(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), s’est quant à lui inspiré d’un tout autre organisme pour son projet: l’annélide. Ce ver aquatique non segmenté creuse des galeries dans les sédiments, s’ancre dans des trous et des crevasses, puis explore son environnement en déployant et en allongeant certaines parties de son corps. Il rétracte également son corps pour échapper à ses prédateurs. «Ce ver possède une trompe qui peut s’allonger jusqu’à trois fois sa longueur», souligne Arianna Menciassi. «Nous pensions que cette capacité pourrait être très intéressante pour de nombreuses applications, notamment dans le domaine des dispositifs médicaux.» Arianna Menciassi avait auparavant participé au projet financé par l’UE BIOLOCH, consacré à l’étude de la locomotion des chenilles afin d’améliorer les techniques de coloscopie. Ces travaux ont inspiré le projet MAPWORMS.
Modélisation mathématique et matériaux innovants
Pour ce faire, le projet a réuni des spécialistes issus de disciplines complémentaires. Dans un premier temps, une équipe de biologistes a prélevé des annélides afin de les étudier dans des aquariums. Une autre équipe d’experts s’est intéressée à la structure biologique des vers, afin de caractériser les mécanismes de leur locomotion. Elle s’est appuyée sur des techniques d’imagerie de pointe. Ces travaux ont conduit à l’élaboration de modèles mathématiques expliquant comment les vers déploient, rétractent et rampent. Ces modèles étaient essentiels pour programmer le comportement du robot imitant un ver, construit par Arianna Menciassi et son équipe. Pour ce faire, l’équipe a développé de nouveaux matériaux intelligents à base d’hydrogels, des réseaux souples et flexibles de polymères hydrophiles capables d’absorber l’eau. Ces matériaux peuvent réagir à des stimuli tels que la lumière, le pH et certaines substances chimiques. Le résultat final est un matériau qui reproduit les mécanismes des systèmes biologiques et permet à un dispositif micrométrique de reproduire la capacité du ver à se déployer et à ramper.
Explorer les applications médicales potentielles
Le projet a permis de construire un prototype qui imite la capacité du ver annélide à se déployer et à ramper. Une avancée majeure a consisté à utiliser des actionneurs magnétiques pour plier, tordre et remodeler le dispositif, afin de reproduire les mouvements du ver dans son milieu naturel. Ces actionneurs magnétiques sont eux aussi souples et sont constitués de silicium et de particules de fer. «Le projet a également débouché sur des résultats particulièrement intéressants sur le plan biologique», ajoute Arianna Menciassi. «Il nous a permis de mieux connaître ce ver.» Une base de données regroupant des informations biologiques a été constituée qui permettra de mieux comprendre la taxonomie, le comportement et l’écologie des annélides. Les applications potentielles de cette technologie vont désormais être explorées. L’un des partenaires du projet est ACMIT, un centre de recherche autrichien spécialisé dans les applications médicales. L’une des applications envisagées consiste à faciliter la chirurgie cérébrale en permettant l’introduction d’instruments microscopiques dans le cerveau. Une autre application pourrait faciliter les interventions chirurgicales par voie nasale.
