Micro-robots imprimés 3D minuscules ouvrent la voie à l'administration précise de médicaments

Des chercheurs de Georgia Tech ont montré que des robots de la taille d'une particule de poussière sont capables de contrôle bidirectionnel précis. En exploitant la puissance d'un champ magnétique généré par une seule bobine électromagnétique, ces micro-robots mobiles sont les plus petits de leur type.

« Il existe des microrobots nageurs qui se déplacent dans un fluide avec une taille similaire, mais ce sont les plus petits robots « marcheurs » qui se déplacent sur une surface solide », dit Azadeh Ansari, Professeure Assistante Early Career Sutterfield Family à l'École de Génie Électrique et Informatique de Georgia Tech.

L'étude de Georgia Tech a été récemment publiée dans le Journal of Micro-Bio Robotics. Actuellement, la plupart des systèmes micro-bots à actionnement magnétique reposent sur l'ajout de multiples électroaimants pour permettre un contrôle complet, résultant en une consommation d'énergie plus élevée et des configurations moins flexibles. Pouvoir démontrer qu'une configuration à une seule bobine suffit pour un contrôle de mouvement bidirectionnel précis est un obstacle significatif franchi, selon Ansari. Avec les micro-bots maintenant beaucoup plus faciles à opérer, l'équipe a pu démontrer des capacités de micromanipulation.

« Avec ce qu'on a montré, on peut déjà penser à appliquer les micro-bots en milieu de laboratoire », dit Ansari. « Vous pourriez avoir des centaines de robots sur le même substrat travaillant comme des fourmis dans une colonie. »

Au printemps 2019, l'équipe d'Ansari a présenté des « micro-bristle-bots » plus grands (2 mm) qui se déplaçaient en exploitant les vibrations. Les vibrations ne sont plus nécessaires pour bouger les micro-bots grâce à leur design « rocker » mis à jour — d'où micro-rocker bots. Le nouveau design permet aux bots de bouger en effectuant un mouvement stick-slip avec un champ magnétique hors-plan.

Le mouvement stick-slip fait référence aux deux états du robot : un où le robot est en position coincée/stationnaire sur la surface et l'autre où le robot « glisse » légèrement dans une direction et obtient un mouvement net, selon l'étudiant Ph.D. Tony Wang. Quand le champ magnétique est activé, le robot se redresse essentiellement puis retombe. Ce mouvement permet assez d'énergie cinétique pour que le robot bouge.

Également important que le design rocker, l'article démontre l'utilisation novatrice d'un décalage de forme d'onde pour biaiser la direction de la trajectoire du robot. Le signe du décalage de champ magnétique (positif ou négatif), ainsi que l'angle du rocker avec la surface, déterminent la direction que les micro-bots prendront. Combinés, le design rocker et le décalage magnétique rendent les micro-bots capables de mouvement bien contrôlé et, important, sélectionnable. L'accélération et décélération des micro-rocker bots peuvent être contrôlées en changeant la fréquence du champ magnétique.

Les micro-bots de 100 micromètres ont été imprimés 3D sur un substrat en verre via lithographie à deux photons et ensuite déposés avec un film mince de nickel, qui agit comme un aimant semi-dur en réponse aux champs magnétiques externes. Pour beaucoup d'applications de laboratoire, les robots peuvent être imprimés directement sur le substrat qui ira sous le microscope, mais ils peuvent aussi être imprimés et transportés avec une micropipette.

« Il y a beaucoup de domaines où les micro-robots peuvent être appliqués dans le processus 2D actuel sous microscope qu'on a établi », dit Ansari. « Mais il y a aussi un futur où ils peuvent être injectés dans des organismes vivants pour délivrer des médicaments ou réparer des blessures. »

Pour plus d'informations, contactez Georgia Parmelee, Georgia Institute of Technology à cet email protégé ; 404-281-7818.