Une équipe de chercheurs de l’Université de Waterloo a créé des matériaux intelligents et avancés qui constitueront les éléments de base d’une future génération de microrobots médicaux souples. Ils ont publié leurs résultats dans Nature Communications.
Ces minuscules robots ont le potentiel d’effectuer des procédures médicales, telles que des biopsies et le transport de cellules et de tissus, de manière peu invasive. Ils peuvent se déplacer dans des environnements confinés et inondés, comme le corps humain, et transporter des marchandises délicates et légères, telles que des cellules ou des tissus, vers une position cible.
Les minuscules robots mous mesurent au maximum un centimètre de long et sont biocompatibles et non toxiques. Les robots sont fabriqués à partir de composites d'hydrogel avancés qui contiennent des nanoparticules de cellulose durables dérivées de plantes.
Cette recherche, dirigée par Hamed Shahsavan, professeur au Département de génie chimique, présente une approche holistique de la conception, de la synthèse, de la fabrication et de la manipulation de microrobots. L'hydrogel utilisé dans ce travail change de forme lorsqu'il est exposé à une stimulation chimique externe. La capacité d'orienter les nanoparticules de cellulose à volonté permet aux chercheurs de programmer un tel changement de forme, ce qui est crucial pour la fabrication de robots mous fonctionnels.
"Dans mon groupe de recherche, nous combinons l'ancien et le nouveau", a déclaré Shahsavan, directeur du Smart Materials for Advanced Robotic Technologies (SMART-Lab). "Nous introduisons des microrobots émergents en tirant parti de la matière molle traditionnelle comme les hydrogels, les cristaux liquides et les colloïdes."
L’autre composant unique de ce matériau intelligent avancé est qu’il est auto-réparateur, ce qui permet de programmer une large gamme de formes de robots. Les chercheurs peuvent couper le matériau et le recoller sans utiliser de colle ou d'autres adhésifs pour former différentes formes pour différentes procédures.
Le matériau peut être encore modifié avec un magnétisme qui facilite le mouvement des robots mous à travers le corps humain. Comme preuve de concept sur la façon dont le robot manœuvrerait à travers le corps, le petit robot a été déplacé dans un labyrinthe par des chercheurs contrôlant son mouvement à l'aide d'un champ magnétique.
"Les ingénieurs chimistes jouent un rôle essentiel en repoussant les frontières de la recherche en microrobotique médicale", a déclaré Shahsavan. « Il est intéressant de noter que relever les nombreux grands défis de la microrobotique nécessite les compétences et les connaissances que possèdent les ingénieurs chimistes, notamment en matière de transfert de chaleur et de masse, de mécanique des fluides, d'ingénierie des réactions, de polymères, de science de la matière molle et de systèmes biochimiques. Nous sommes donc particulièrement bien placés pour introduire des solutions innovantes. avenues dans ce domaine émergent."
La prochaine étape de cette recherche consiste à réduire le robot à des échelles submillimétriques.
Le groupe de recherche de Shahsavan a collaboré avec Tizazu Mekonnen de Waterloo, professeur au Département de génie chimique, le professeur Shirley Tang, doyenne associée des sciences (recherche) et Amirreza Aghakhani, professeur à l'Université de Stuttgart en Allemagne.
Plus d'informations : Rasool Nasseri et al, Nanocomposites programmables de nanocristaux de cellulose et d'hydrogels zwitterioniques pour la robotique douce, Nature Communications (2023). DOI :10.1038/s41467-023-41874-7
Informations sur le journal : Communications naturelles
Fourni par l'Université de Waterloo
