Robots biohybrides nageurs auto-entraînés : faire progresser la robotique souple adaptative

Imiter la biologie pour une robotique souple performante

Les roboticistes visent à imiter ce qu'ont accompli les entités biologiques naturelles — actions comme se mouvoir, s'adapter à l'environnement, ou sentir. Au-delà des robots rigides traditionnels, le domaine de la robotique souple a récemment émergé en utilisant des matériaux souples, flexibles, capables de s'adapter à leur environnement plus efficacement que les rigides. Avec cet objectif, les scientifiques travaillent sur les robots biohybrides ou biobots. Ceux-ci sont généralement composés de tissu musculaire, cardiaque ou squelettique, et d'un échafaudage artificiel capable de ramper, saisir ou nager. Malheureusement, les biobots actuels ne parviennent pas à égaler la performance des entités naturelles en mobilité et force.

Bio-ingénierie et impression 3D pour biobots rapides

Les chercheurs ont relevé les deux défis en utilisant des outils de bio-ingénierie. Ils ont appliqué la bio-impression 3D et la conception ingénierique pour développer des biobots à l'échelle du centimètre qui nagent et glissent 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 serpent flexible en polymère PDMS, conçu et optimisé via simulations puis imprimé en 3D. L'avantage de cet échafaudage innovant réside dans l'entraînement et le développement améliorés du tissu par auto-stimulation mécanique lors des contractions spontanées, créant une boucle de rétroaction due à la force de rappel du ressort. Cet auto-entraînement conduit à une actuation améliorée et une force de contraction plus grande. De tels ressorts serpentins n'avaient jamais été inclus dans un système robotique vivant souple. Outre la capacité d'auto-entraînement, les nageurs biohybrides basés sur cellules musculaires squelettiques se déplaçaient à des vitesses 791 fois supérieures aux biobots actuels à muscle squelettique et étaient comparables aux autres bioswimmers à base de cardiomyocytes (cellules cardiaques).

Mouvements additionnels et applications

Les nouveaux biobots pouvaient aussi effectuer d'autres mouvements. Ils savaient glisser quand placés près de la surface du fond, ressemblant au style de nage de certains poissons caractérisé par des rafales sporadiques suivies de phases de glisse.

Le travail a aussi des applications dans l'administration de médicaments et le développement de prothèses bioniques.