Les robots vivants de natation peuvent s'auto-entraîner

Les roboticiens visent à imiter ce que les entités biologiques naturelles ont réalisé - des actions comme se déplacer, s'adapter à l'environnement ou détecter. Au-delà des robots rigides traditionnels, le domaine de la robotique douce a récemment émergé en utilisant des matériaux souples et souples capables de s'adapter à leur environnement plus efficacement que les rigides. Avec cet objectif en tête, les scientifiques travaillent dans le domaine des robots biohybrides ou biobots. Ceux-ci sont généralement composés de tissu musculaire, cardiaque ou squelettique, et d'un échafaudage artificiel qui peut permettre de ramper, de saisir ou de nager. Malheureusement, les biobots actuels sont incapables d'imiter les performances des entités naturelles en termes de mobilité et de force.

Les chercheurs ont surmonté ces deux défis en utilisant des outils de bio-ingénierie. Ils ont appliqué la bioimpression 3D et la conception technique pour le développement de biobots de l'ordre du centimètre capables de nager et de naviguer comme des poissons à des vitesses sans précédent. La clé est l'utilisation de la contraction spontanée de matériaux à base de cellules musculaires avec un squelette très souple.

Plutôt que de travailler avec des échafaudages rigides ou attachés pour préparer des robots artificiels, les chercheurs ont utilisé des robots biologiques basés sur un ressort serpentin flexible constitué d'un polymère appelé PDMS, qui a été conçu et optimisé via des simulations, puis imprimé à l'aide de la technologie d'impression 3D. L'avantage de cet échafaudage innovant réside dans l'amélioration de l'entraînement et du développement des tissus grâce à l'auto-stimulation mécanique lors des contractions spontanées, ce qui crée une boucle de rétroaction due à la force de rappel du ressort. Cet événement d'auto-formation conduit à un actionnement amélioré et à une plus grande force de contraction. De tels ressorts serpentins n'ont pas été inclus auparavant dans un système vivant robotique souple. Outre la capacité à s'auto-entraîner, les nageurs biohybrides basés sur des cellules musculaires squelettiques se déplaçaient à des vitesses 791 fois plus rapides que les biobots actuels basés sur des muscles squelettiques et étaient comparables à d'autres bionageurs basés sur des cardiomyocytes (basés sur des cellules cardiaques).

Les nouveaux biobots étaient également capables d'effectuer d'autres mouvements. Ils étaient capables de caboter lorsqu'ils étaient placés près de la surface du fond, ressemblant au style de nage de certains poissons caractérisé par des rafales sporadiques suivies de phases de cabotage.

Les travaux ont également des applications dans l'administration de médicaments et le développement de prothèses bioniques.