Alors que le chemin le plus court entre deux points est une connexion directe, ce n'est peut-être pas le chemin le plus efficace à suivre. Les courants complexes affectent souvent le mouvement des micronageurs et les empêchent d'atteindre leur destination. En même temps, utiliser ces courants pour naviguer le plus vite possible est un avantage évolutif certain.

Alors que de telles stratégies permettent aux micronageurs biologiques de mieux accéder à la nourriture ou d'échapper à un prédateur, les microrobots pourraient ainsi être dirigés pour effectuer des tâches spécifiques.

Le chemin optimal dans un courant donné peut facilement être déterminé mathématiquement, mais les fluctuations perturbent le mouvement des micronageurs et les écartent de la route optimale. Ainsi, ils doivent réajuster leur mouvement afin de tenir compte des changements environnementaux. Cela nécessite généralement l'aide d'un interprète externe et enlève leur autonomie.

"Grâce à l'évolution, certains micro-organismes ont développé des stratégies autonomes qui permettent un mouvement dirigé vers une plus grande concentration de nutriments ou de lumière", explique Lorenzo Piro, premier auteur de l'étude. Inspirés par cette idée, les chercheurs du Département de Physique de la Matière Vivante du MPI-DS ont conçu des stratégies qui permettent aux micronageurs de naviguer de manière optimale de manière quasi autonome.

Lumière comme guide pour la navigation autonome

Lorsqu'un interprète externe définit le schéma de navigation, les micronageurs suivent en moyenne un chemin bien défini. Ainsi, c'est une bonne approche pour guider le micronageur le long de ce chemin dans le courant. Ceci peut être réalisé de manière autonome via des stimuli externes, malgré la présence de fluctuations.

Ce principe pourrait être appliqué aux nageurs qui réagissent aux variations de lumière, comme certaines algues, auquel cas la trajectoire optimale peut simplement être éclairée. Remarquablement, les performances obtenues sont comparables à la navigation supervisée de l'extérieur. "Ces nouvelles stratégies peuvent en outre être facilement appliquées à des scénarios plus complexes tels que la navigation sur des surfaces courbes ou en présence de courants aléatoires", conclut Ramin Golestanian, directeur du MPI-DS.

Les applications possibles de l'étude vont donc de l'administration ciblée de médicaments à l'échelle microscopique à la conception optimale de micromachines autonomes.

La recherche est publiée dans le New Journal of Physics .