Comme des Legos à petite échelle qui s'enclenchent, la nature assemble de manière autonome des blocs de construction microscopiques. Les systèmes vivants sont des machines biochimiques qui excellent dans la construction et le déplacement de leurs pièces. Tout comme les machines ont besoin d'énergie sous une forme ou une autre pour fonctionner, les systèmes vivants sont énergisés en consommant du « carburant » – des substances ou de la nourriture – de manière fiable. Le corps humain, par exemple, contracte les muscles par le mouvement de minuscules nanomoteurs, des dispositifs moléculaires qui convertissent l'énergie à l'échelle nanométrique pour générer un mouvement à l'échelle macroscopique. La capacité d'imiter l'auto-assemblage de la nature révolutionnerait l'approche scientifique de la synthèse de matériaux qui pourraient guérir, contracter ou reconfigurer.
Pour explorer ce mimétisme potentiel, University of California San Diego Professeur assistant de physique Jeremie Palacci et chercheur postdoctoral Antoine Aubret, avec le professeur Stefano Sacanna et son équipe de l'Université de New York, introduit une nouvelle approche pour assembler des blocs microscopiques spécialement conçus dans de petites machines semblables à des engrenages. Les résultats de leurs recherches sont présentés dans un article intitulé, "Assemblage ciblé et synchronisation de micro-engrenages à rotation automatique, " publié le 23 juillet en ligne dans Physique de la nature .
"C'est une première étape importante dans ce que nous pouvons construire synthétiquement pour émuler les systèmes vivants, " a noté Palacci.
Les blocs de construction sont des microparticules auto-alimentées qui se propulsent après avoir été activées par la lumière. Les scientifiques les ont spécialement conçus pour détecter de manière autonome les gradients lumineux et naviguer dans des motifs lumineux. Cela conduit à leur assemblage remarquable en un seul type de machine - une machine autoformante, microengrenage de filage composé de sept de ces microparticules - une "machine faite de machines".
En tant que matière molle condensée, Le physicien expérimental Palacci a déclaré que l'équipe avait assemblé les micro-engrenages en motifs plus sophistiqués et en machines plus grandes, synchronisation comme des engrenages mécaniques, même s'ils ne sont pas en contact.
"Ce n'est pas magique, évidemment, mais la physique, " a déclaré Palacci. " Les engrenages se sentent et interagissent à travers le carburant qu'ils consomment et le liquide qu'ils déplacent. "
Aubret a déclaré qu'il était passionnant de voir ce qui pouvait être fait en termes d'auto-assemblage en utilisant deux ingrédients simples :des signaux lumineux et un bloc de construction bien conçu.
"Au lieu de ramasser les particules une par une, nous avons juste superposé des motifs lumineux avec notre montage optique, et laissez les particules et les rotors faire le travail, " expliqua-t-il. " Bien sûr, ça a été beaucoup de travail pour arriver ici, mais ce n'est que le début de l'histoire. Il ouvre de nouvelles voies à nos recherches, et nous espérons pouvoir grimper encore plus loin dans la hiérarchie des processus d'auto-assemblage."
Selon Germano Iannacchione, directeur du programme NSF qui a supervisé la subvention de Palacci, le but de la recherche sur la matière molle n'est pas seulement de comprendre les principes fondamentaux qui régissent ce domaine scientifique dynamique et diversifié, mais aussi de traduire ces principes en moyens de contrôler la matière de manières nouvelles.
"La partie passionnante de ce travail est la découverte de la façon de contrôler et d'assembler de petites particules en plus grandes, des structures conçues qui peuvent ensuite être manipulées à l'aide de la lumière. Cette recherche est un bel exemple de fabrication d'une petite proto-machine que vous ne touchez même jamais, " dit Iannacchione.
