A l'intérieur de nos cellules, et ceux des formes de vie les plus connues, existe une variété de composés complexes connus sous le nom de « moteurs moléculaires ». Ces machines biologiques sont indispensables à divers types de mouvement dans les systèmes vivants, du réarrangement microscopique ou du transport de protéines dans une seule cellule à la contraction macroscopique des tissus musculaires. A la croisée des chemins entre robotique et nanotechnologie, un objectif très recherché est de trouver des moyens de tirer parti de l'action de ces minuscules moteurs moléculaires pour effectuer des tâches plus importantes de manière contrôlable. Cependant, atteindre cet objectif sera certainement un défi.
"Jusque là, même si les chercheurs ont trouvé des moyens d'intensifier l'action collective des réseaux de moteurs moléculaires pour montrer la contraction macroscopique, il est encore difficile d'intégrer efficacement de tels réseaux dans des machines réelles et de générer des forces suffisamment importantes pour actionner des composants à grande échelle, " explique le professeur agrégé Yuichi Hiratsuka du Japan Advanced Institute of Science and Technology, Japon.
Heureusement, Dr Hiratsuka, en collaboration avec le professeur agrégé Takahiro Nitta de l'Université de Gifu et le professeur Keisuke Morishima de l'Université d'Osaka, à la fois au Japon, ont récemment fait des progrès remarquables dans la quête pour faire le pont entre le micro et le macro. Dans leur dernière étude publiée dans Matériaux naturels , cette équipe de recherche a signalé la conception d'un nouveau type d'actionneur entraîné par deux moteurs biomoléculaires génétiquement modifiés. L'un des aspects les plus attrayants de leur approche d'inspiration biologique est que l'actionneur s'auto-assemble à partir des protéines de base par simple irradiation lumineuse. En quelques secondes après que la lumière ait atteint une zone donnée, les protéines motrices environnantes fusionnent avec des protéines de type rail appelées microtubules et s'organisent en une structure macroscopique hiérarchique qui ressemble à des fibres musculaires.
Lors de la formation autour de la zone cible (éclairée), ce "muscle artificiel" se contracte immédiatement, et la force collective des protéines motrices individuelles est amplifiée d'une échelle moléculaire à une échelle millimétrique. Comme les scientifiques l'ont montré expérimentalement, leur approche pourrait être idéale pour les applications robotiques à petite échelle, tels que l'actionnement de pinces microscopiques pour manipuler des échantillons biologiques (Figure 1). D'autres applications à l'échelle millimétrique également démontrées incluent l'assemblage de composants séparés, comme les roues dentées miniatures, et alimenter des bras robotiques minimalistes pour créer un microrobot rampant ressemblant à un insecte.
Ce qui est aussi très remarquable dans cette technique, c'est qu'elle est compatible avec les techniques d'impression 3D existantes qui utilisent la lumière, comme la stéréolithographie. En d'autres termes, les microrobots avec des muscles artificiels intégrés peuvent être imprimables en 3D, permettant leur production en série et augmentant ainsi leur applicabilité pour résoudre divers problèmes. "À l'avenir, notre actionneur imprimable pourrait devenir l'« encre d'actionneur » indispensable pour l'impression 3D transparente de robots entiers. Nous pensons qu'une telle encre à base de biomolécules peut repousser les frontières de la robotique en permettant l'impression de composants osseux et musculaires complexes nécessaires pour que les robots ressemblent davantage à des créatures vivantes, " dit le Dr Hiratsuka.
Une amélioration potentielle de la technique actuelle serait de trouver des moyens de décontracter efficacement les muscles artificiels (réversibilité). Alternativement, la stratégie actuelle pourrait également être modifiée de manière à produire un comportement oscillatoire spontané au lieu d'une contraction, comme on l'observe dans les cils mobiles des microbes ou dans les muscles du vol des insectes.
Dans tous les cas, cette étude montre effectivement comment imiter les stratégies que la nature a mises au point est souvent la recette du succès, comme de nombreux scientifiques dans le domaine de la robotique l'ont déjà compris.
