Richard Feynman avait raison :il y a beaucoup de place en bas, et le bip, les poubelles encombrantes de la science-fiction des années 50 cèdent progressivement la place à des micro-droïdes de la taille d'un grain de poussière. . . ou même une molécule.

Mais cette nouvelle race de robots invisiblement minuscules soulève une nouvelle question :comment même une intelligence rudimentaire peut-elle être comprimée dans quelque chose dont la plus grande partie mobile est constituée d'une poignée d'atomes ? Une solution, dit Nadine Dabby, étudiante diplômée de Caltech en calcul et systèmes neuronaux, est plutôt d'intégrer l'intelligence à l'environnement.

Lors de la conférence TEDxCaltech de janvier, Dabby présentera un robot à une molécule capable de suivre une piste de chapelure chimique. Un article qu'elle a co-écrit dans La nature en mai dernier décrit une « araignée moléculaire » qui peut être amenée à « marcher » sur un chemin prédéterminé.

Les « pattes » de l'araignée sont constituées de courts segments d'ADN, de même que les "molécules substrats" constituant le chemin, dont chacun est ancré à une extrémité comme un brin d'herbe. Le pied et le substrat peuvent se lier temporairement, mais ce procédé laisse le substrat un peu moins "collant" qu'il ne l'était auparavant, et la prochaine étape qui le contacte ne se tiendra pas si longtemps. Cette subtile différence d'adhérence est ce qui produit le comportement de marche du robot. Sans aucun sens de l'orientation, plan, ou le but, ses pattes voltigent continuellement au hasard, comme ceux de l'ivrogne proverbial dans les études de probabilité. Mais parce qu'ils sont tenus moins fermement par le substrat qui a déjà été visité, le mouvement global a tendance à se dérouler vers l'avant.

Le fil d'Ariane est disposé à la surface d'une biomolécule auto-assemblante, généré par un processus appelé « ADN origami ». Développé à Caltech dans le laboratoire de bio-ingénierie d'Erik Winfree par Paul W. K. Rothemund, alors postdoctorant (maintenant associé de recherche senior), cette technique tisse un seul brin d'ADN dans un rectangle remplissant l'espace. De longs tronçons parallèles alternant avec des demi-tours brusques créent un motif rappelant le va-et-vient d'un agriculteur labourant un champ.

Pour cimenter l'ADN tissé en place, plusieurs extraits d'ADN beaucoup plus courts sont ajoutés ; ces "fils de base" se lient à des positions spécifiques le long de la molécule tissée, serrage des pistes adjacentes ensemble comme des attaches zippées autour d'un cordon d'alimentation. Et ces brins de base ont une deuxième fonction :ils agissent comme des ancres pour les molécules de substrat qui définissent le chemin. La grille grossière de 16 x 12 dans laquelle ils tombent n'est pas assez dense pour créer des labyrinthes très élaborés, mais cela a permis aux chercheurs de mettre en place d'emblée quelques quelques virages, et un virage serré ou deux.

Techniquement, l'araignée n'a pas huit pattes mais quatre, et il ne marche que sur trois d'entre eux. Le quatrième est utilisé pour lier la molécule à sa position de départ, jusqu'à ce qu'un signal chimique des chercheurs rompe le lien et envoie le robot sur son chemin. (Imaginez un iguane à trois pattes attaché à un poteau ; la laisse s'enclenche, et la créature trébuche sur ses pattes caoutchouteuses.)

Et à quoi ressemble un nano-bot en action ? En utilisant des marqueurs fluorescents et la microscopie à force atomique, l'équipe a réussi à produire un "film" court et plutôt granuleux d'une araignée faisant son chemin le long du chemin du jardin.

Avec un rythme mesuré en nanomètres par minute, le petit tripper n'est pas susceptible de battre des records de vitesse terrestre. Néanmoins, Dabby muses, étant donné quelques améliorations de sa capacité à interpréter et à modifier son environnement moléculaire, le robot pourrait fonctionner comme un ordinateur biologique, exécuter des algorithmes arbitrairement complexes.

Ce premier petit pas sur une minuscule piste d'ADN pourrait bien représenter un pas de géant pour les robots.