Des micro robots imprimés en 3D qui nagent et se déplacent comme des organismes vivants

Un robot qui se comporte comme un être vivant mais qui n’a pas de capteurs. Qui se déplace sans logiciel. Qui prend des décisions sans « cerveau ». Telle est la dernière avancée de la professeure Daniela Kraft à l’université de Leyde (Pays-Bas). Publié récemment sous le titre « Life-like behavior emerging in active and flexible microstructures », le travail de Daniela Kraft et de sa collègue Mengshi Wei présente une nouvelle classe de structures microscopiques imprimées en 3D qui affichent des comportements étonnamment similaires à ceux d’organismes vivants. Tout cela sans un seul capteur, sans ligne de code, sans moteur.

Le secret de ce projet réside dans une imprimante 3D Nanoscribe, une machine de photopolymérisation à deux photons capable de travailler à l’échelle micrométrique avec une grande précision. Grâce à elle, l’équipe fabrique des chaînes flexibles composées de segments individuels d’à peine 5 µm reliés par des articulations de 0,5 µm. Pour vous donner une idée : ces pièces sont dix fois plus fines qu’un cheveu humain. « Nous imprimons en 3D à la limite absolue de ce qui est techniquement possible », soulignent les chercheuses.

L’inspiration est venue de la nature. Les vers, les serpents et d’autres organismes modifient continuellement leur forme tout en se déplaçant, ce qui leur permet de s’adapter au terrain. Il existe déjà des robots flexibles qui exploitent ce principe, mais le reproduire à l’échelle micrométrique constituait un défi : jusqu’à présent, les micro robots étaient soit rigides et petits, soit flexibles mais grands.

Le champ électrique comme moteur

La propulsion est obtenue en appliquant un champ électrique alternatif (CA) externe.Une fois activé, les segments de la chaîne se propulsent de manière autonome et la flexibilité de l’ensemble génère un mouvement ondulatoire qui rappelle immédiatement la nage d’un micro-organisme. L’équipe a identifié plusieurs modes de locomotion qui émergent spontanément de l’architecture même du dispositif.

Ce qui est vraiment frappant, c’est le mécanisme de rétroaction découvert : la forme du robot influence la façon dont il se déplace, et le mouvement modifie à son tour la forme. Cette dynamique confère au système une réactivité qui imite l’intelligence intégrée (embodied intelligence) des êtres vivants. « Le micro robot perçoit comment l’environnement modifie son corps et y réagit », explique Daniela Kraft. « Cela signifie que nous n’avons pas besoin d’électronique microscopique pour intégrer des capacités intelligentes. »

Ce comportement émergent se traduit par des résultats concrets. Lorsque le robot rencontre un obstacle, il cherche automatiquement un autre chemin ; lorsque deux robots se croisent, ils s’esquivent l’un l’autre ; dans des environnements denses, ils sont capables de déplacer les objets qui leur bloquent le passage. Les implications pratiques de ce système concernent directement le domaine biomédical. La capacité à naviguer de manière autonome dans des environnements complexes, tels que les fluides et les tissus corporels, ouvre la voie à des applications telles que l’administration localisée de médicaments, des procédures chirurgicales mini-invasives ou de nouveaux outils de diagnostic.

La prochaine étape, selon les chercheuses elles-mêmes, consiste à comprendre en profondeur comment ce comportement dynamique et fonctionnel émerge, une connaissance qui permettra de concevoir des micro robots plus avancés et d’apporter un nouvel éclairage sur la physique des micronageurs et des organismes biologiques.

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*Crédits de toutes les photos : Universiteit Leiden / Daniela Kraft