Le muscle artificiel développé par des chercheurs de l'université de Linköping est constitué d'un matériau polymère, dans laquelle les chercheurs ont intégré des enzymes. Une solution de glucose et d'oxygène dans l'eau alimente l'actionneur polymère, de la même manière que les muscles biologiques. Crédit :Thor Balkhed/Université de Linköping
Les muscles artificiels fabriqués à partir de polymères peuvent désormais être alimentés par l'énergie du glucose et de l'oxygène, tout comme les muscles biologiques. Cette avancée peut être une étape sur la voie de muscles artificiels implantables ou de microrobots autonomes alimentés par des biomolécules dans leur environnement. Chercheurs de l'Université de Linköping, Suède, ont présenté leurs résultats dans la revue Matériaux avancés .
Le mouvement de nos muscles est alimenté par l'énergie qui est libérée lorsque le glucose et l'oxygène participent à des réactions biochimiques. D'une manière similaire, les actionneurs fabriqués peuvent convertir l'énergie en mouvement, mais l'énergie dans ce cas vient d'autres sources, comme l'électricité. Les scientifiques de l'Université de Linköping, Suède, voulait développer des muscles artificiels qui agissent davantage comme des muscles biologiques. Ils ont maintenant démontré le principe en utilisant des muscles artificiels alimentés par le même glucose et le même oxygène que notre corps utilise.
Les chercheurs ont utilisé un polymère électroactif, polypyrrole, qui change de volume lors du passage d'un courant électrique. Le muscle artificiel, connu sous le nom d'"actionneur polymère, " se compose de trois couches :une fine couche de membrane entre deux couches de polymère électroactif. Cette conception est utilisée sur le terrain depuis de nombreuses années. Elle fonctionne lorsque le matériau d'un côté de la membrane acquiert une charge électrique positive et que les ions sont expulsés, le faisant rétrécir. À la fois, le matériau de l'autre côté acquiert une charge électrique négative et des ions sont insérés, ce qui provoque l'expansion du matériau. Les changements de volume provoquent la flexion de l'actionneur dans une direction, de la même manière qu'un muscle se contracte.
Des chercheurs de l'Université de Linköping ont démontré que les muscles artificiels fabriqués à partir de polymères peuvent désormais être alimentés par l'énergie du glucose et de l'oxygène, tout comme les muscles biologiques. Crédit :Thor Balkhed/Université de Linköping
Les électrons qui provoquent le mouvement dans les muscles artificiels proviennent normalement d'une source externe, comme une batterie. Mais les batteries souffrent de plusieurs inconvénients évidents :elles sont généralement lourdes, et doivent être rechargés régulièrement. Les scientifiques à l'origine de l'étude ont plutôt décidé d'utiliser la technologie derrière les bioélectrodes, qui peut convertir l'énergie chimique en énergie électrique à l'aide d'enzymes. Ils ont utilisé des enzymes naturelles, en les intégrant au polymère.
"Ces enzymes convertissent le glucose et l'oxygène, de la même manière que dans le corps, produire les électrons nécessaires au mouvement d'un muscle artificiel fabriqué à partir d'un polymère électroactif. Aucune source de tension n'est nécessaire :il suffit simplement d'immerger l'actionneur dans une solution de glucose dans l'eau", dit Edwin Jager, maître de conférences en systèmes de capteurs et d'actionneurs, au département de physique, Chimie et biologie à l'Université de Linköping. Avec Anthony Turner, professeur honoraire, il a dirigé l'étude.
Tout comme dans les muscles biologiques, le glucose est directement converti en mouvement dans les muscles artificiels.
« Quand nous avons eu des enzymes entièrement intégrées des deux côtés de l'actionneur et qu'il a réellement bougé, eh bien, c'était juste incroyable, " dit José Martinez, membre du groupe de recherche.
La prochaine étape pour les chercheurs sera de contrôler les réactions biochimiques dans les enzymes, de telle sorte que le mouvement puisse être réversible pendant de nombreux cycles. Ils ont déjà démontré que le mouvement est réversible, mais ils ont dû utiliser une petite astuce pour le faire. Maintenant, ils veulent créer un système encore plus proche d'un muscle biologique. Les chercheurs souhaitent également tester le concept en utilisant d'autres actionneurs comme le « muscle textile, " et l'appliquer en microrobotique.
"Le glucose est disponible dans tous les organes du corps, et c'est une substance utile pour commencer. Mais il est possible de passer à d'autres enzymes, qui permettrait à l'actionneur d'être utilisé dans, par exemple, microrobots autonomes pour la surveillance environnementale des lacs. Les avancées que nous présentons ici permettent d'alimenter des actionneurs en énergie à partir de substances présentes dans leur milieu naturel, " dit Edwin Jager.
