L’intégration de mémoire mécanique sous forme de ressorts s’est avérée depuis des centaines d’années être une technologie clé pour les dispositifs mécaniques (tels que les horloges), permettant d’obtenir des fonctionnalités avancées grâce à des mouvements autonomes complexes. Actuellement, l'intégration des ressorts dans la microtechnologie à base de silicium a ouvert le monde des dispositifs mécatroniques planaires productibles en masse dont nous bénéficions tous, via des capteurs d'airbags par exemple.
Cependant, pour une nouvelle génération d'applications biomédicales peu invasives, voire non invasives, les appareils mobiles capables d'interagir mécaniquement en toute sécurité avec les cellules doivent être réalisés à des échelles beaucoup plus petites (10 microns) et avec des forces beaucoup plus douces (échelle pico Newton, c'est-à-dire soulever des poids moins supérieur à un millionième de mg) et dans des formes tridimensionnelles personnalisées.
Des chercheurs de l'Université de technologie de Chemnitz, de l'Institut de technologie avancée de Shenzhen de l'Académie chinoise des sciences et du Leibniz IFW Dresden, dans une publication récente dans Nature Nanotechnology , ont démontré que des ressorts contrôlables peuvent être intégrés à des emplacements choisis arbitrairement dans des structures tridimensionnelles souples en utilisant la fabrication photolithographique confocale (avec une précision à l'échelle nanométrique) d'un nouveau matériau magnétiquement actif sous la forme d'une résine photosensible imprégnée de densités personnalisables de nanoparticules magnétiques.
Ces "picosprings" ont une conformité remarquablement grande et réglable et peuvent être contrôlés à distance via des champs magnétiques (même au plus profond du corps humain), permettant des mouvements articulés dans des microrobots ainsi que des micromanipulations bien au-delà de l'état de l'art.
De plus, l'extension des picoressorts peut également être utilisée visuellement pour mesurer des forces, par exemple des forces de propulsion ou de préhension, en interaction avec d'autres objets comme des cellules. Par exemple, ces picoressorts ont été utilisés pour mesurer la force de propulsion locomotrice des spermatozoïdes.
La publication présente ces capacités en démontrant plusieurs microbots (dont un micropingouin) contenant des picoressorts à plusieurs endroits qui peuvent effectuer ces tâches à l'échelle cellulaire :se propulser, saisir et libérer des cellules et mesurer les forces infimes nécessaires pour le faire en toute sécurité.
Le Dr Haifeng Yu, premier auteur de l'étude et chef de groupe à l'Académie chinoise des sciences à Shenzhen (Chine), déclare :« L'élasticité programmable à l'échelle micrométrique offre une stratégie réalisable pour produire des dispositifs 3D et des « microchirurgiens » finement structurés. capable d'effectuer des tâches médicales complexes."
Le Dr Mariana Medina-Sanchez, chef de groupe au Leibniz IFW et au BCUBE-TU Dresden, co-auteur et co-directeur de ce travail, ajoute :« Ces micromachines à base de picospring avec élasticité et magnétisme programmables, fabriquées par fabrication monolithique, ouvrent de nombreuses possibilités de détection et d'actionnement de forces localisées dans des environnements à faible nombre de Reynolds. Cette polyvalence souligne leur importance dans un spectre d'applications biomédicales."
Le professeur Oliver Schmidt, dernier auteur de l'article et supervisé ce travail, y voit une autre étape importante dans la transition vers une microrobotique modulaire douce et intelligente, prête à l'emploi. "Les microdispositifs télécommandés utilisant des champs magnétiques constituent une technologie particulièrement prometteuse pour les applications médicales non invasives. Cela s'étend désormais aux mécanismes mécaniques à l'intérieur de ces microdispositifs distants", explique Schmidt.
"La possibilité d'incorporer des ressorts de conception ajoutera également un nouvel outil à la capacité croissante de la TU Chemnitz en matière de morphogenèse microélectronique et de vie artificielle", ajoute le professeur John McCaskill, co-auteur de l'étude, membre du centre de recherche MAIN et fondateur. directeur du Centre européen pour les technologies vivantes.
Plus d'informations : Haifeng Xu et al, microrobots souples nanofabriqués en 3D avec des ressorts picoforce super conformes comme capteurs et actionneurs embarqués, Nature Nanotechnology (2024). DOI :10.1038/s41565-023-01567-0
Informations sur le journal : Nanotechnologie naturelle
Fourni par l'Université de technologie de Chemnitz
