Les stratégies de survie employées par l'une des espèces de fourmis les plus agressives, territoriales et venimeuses pourraient ouvrir la voie à une révolution dans la robotique, la médecine et l'ingénierie.
Les fourmis de feu survivent aux inondations en reliant temporairement leurs pattes pour créer une structure semblable à un radeau, leur permettant de flotter collectivement vers la sécurité en tant que colonie unifiée, puis de se relâcher pour reprendre leurs formes individuelles.
S'inspirant de ce processus naturel, des chercheurs de l'Université A&M du Texas ont découvert une méthode qui permet aux matériaux synthétiques d'imiter l'assemblage, la reconfiguration et le démontage autonomes des fourmis en réponse à des changements environnementaux tels que la chaleur, la lumière ou les solvants.
Les chercheurs ont utilisé des rubans polymères à forme changeante qui peuvent s'auto-assembler, modifier leur volume et se dissimuler selon les besoins en utilisant des hydrogels réactifs, des élastomères à cristaux liquides ou des polymères semi-cristallins capables de se plier ou de se tordre. Leurs découvertes ont été publiées dans Nature Materials .
En tant qu'étudiant de premier cycle, le Dr Taylor Ware, aujourd'hui professeur agrégé dans les départements de génie biomédical et de science et d'ingénierie des matériaux de Texas A&M, a été captivé par un article sur les fourmis. Déjà intéressé par les matériaux et la recherche, son émerveillement s'est réveillé lorsque Ware a découvert que les fourmis de feu employaient d'ingénieuses stratégies de survie lors des inondations.
"Nous avons tendance à nous concentrer sur l'imitation des choses vraiment merveilleuses dans la nature, comme les ailes de papillon. Mais cela vaut peut-être aussi la peine d'imiter certaines choses que nous ne trouvons pas si intéressantes dans la nature, mais qui sont pourtant merveilleusement utiles, comme le comportement du feu. fourmis", a-t-il déclaré. "C'est bien d'imiter des choses qui sont vraiment impressionnantes même si elles ne sont pas tellement aimées. Vous pouvez apprendre beaucoup de choses de créatures comme celle-là."
Cette méthode permet de créer et de manipuler des structures dans des environnements difficiles, comme le corps humain, sans procédures invasives. En utilisant des hydrogels réactifs, des élastomères à cristaux liquides ou des rubans de polymères semi-cristallins qui se plient et se tordent, un biomatériau solide peut se désassembler pour prendre une forme qui se déplace comme un liquide injectable, puis se réassembler une fois en place.
"Nous avons déjà des matériaux qui pourraient changer de forme, mais nous avons pensé que ce serait vraiment cool si de nombreuses particules individuelles de matériaux pouvaient travailler ensemble pour former des structures comme le font les fourmis", a déclaré Ware.
"Vous pouvez voir dans les documentaires sur la nature que les fourmis forment des ponts, des radeaux et d'autres choses, mais ce qui est également important, c'est qu'elles peuvent lâcher prise et redevenir une fourmi. Le changement de forme réversible des polymères réactifs permet un comportement similaire dans des systèmes purement synthétiques. "
L'auteur principal de l'article est le Dr Mustafa Abdelrahman, ancien doctorant de Ware et aujourd'hui chercheur postdoctoral à l'Université Harvard. Parmi les autres collaborateurs figurent des chercheurs du groupe du Dr Akhilesh Gaharwar du département de génie biomédical de Texas A&M, le Dr Carmel Majidi de l'Université Carnegie Mellon et le Dr Franck Vernerey de l'Université du Colorado à Boulder.
Les futurs projets de recherche appliquée incluent l’utilisation de biomatériaux injectables pour aider à guérir les tissus. Pourtant, fondamentalement, Ware a déclaré que l'équipe souhaitait imiter les comportements observés dans d'autres essaims d'animaux et comprendre ce qui se passe si les particules peuvent nager avant ou pendant leur enchevêtrement.
Plus d'informations : Mustafa K. Abdelrahman et al, Assemblage de matériaux à partir de l'action collective de polymères changeant de forme, Nature Materials (2024). DOI :10.1038/s41563-023-01761-4. www.nature.com/articles/s41563-023-01761-4
Informations sur le journal : Matériaux naturels
Fourni par le Texas A&M University College of Engineering
