Dans une première mondiale, les scientifiques de l’Université d’Hokkaido (Japon) ont démontré que les robots moléculaires sont capables d’effectuer des livraisons de marchandises en utilisant une stratégie d’essaimage. Ces robots en essaims atteignent une efficacité de transport cinq fois supérieure à celle des robots simples.
La robotique en essaim est encore une discipline émergente, mais elle pourrait bien avoir trouvé ses lettres de noblesse. Inspirée du comportement coopératif des organismes vivants, la discipline se concentre sur la fabrication de robots et leur utilisation en essaim pour accomplir des tâches complexes. Un essaim pouvant se définir comme un comportement collectif ordonné de plusieurs individus. Des robots en essaim à grande échelle ont été développés et utilisés pour une variété d’applications. Ils sont notamment exploités dans le transport, le stockage de marchandises et la construction de structures complexes.
Les robots en essaims : adaptation et coopération
Une équipe de chercheurs, dirigée par le Dr Mousumi Akter et le professeur agrégé Akira Kakugo de la Faculté des sciences de l’Université d’Hokkaido, a réussi à développer les premières micro-machines fonctionnelles au monde utilisant les avantages de l’essaimage. Les résultats de l’étude ont fait l’objet d’une publication le 20 avril dernier dans la revue Science Robotics.
Un essaim de robots coopérants acquiert un certain nombre de caractéristiques qui ne se retrouvent pas dans les robots individuels. Ils peuvent diviser une charge de travail, réagir aux risques et même créer des structures complexes selon leur environnement. Les robots et les machines à l’échelle micro et nano ont très peu d’applications pratiques en raison de leur taille ; s’ils pouvaient coopérer en essaims, leurs utilisations potentielles augmenteraient donc massivement.
Déroulé de l’expérimentation
L’équipe a construit environ cinq millions de machines moléculaires uniques. Ces machines embarquaient deux composants biologiques ; des microtubules liés à l’ADN, qui leur permettaient de pulluler ; et la kinésine, un actionneur capables de transporter ces microtubules. Les chercheurs ont combiné L’ADN avec un composé sensible à la lumière appelé azobenzène ; fonctionnant comme un capteur, celui-ci permet de contrôler l’essaimage. Lors de l’exposition à la lumière visible, des changements dans la structure de l’azobenzène ont provoqué la formation de doubles brins d’ADN. C’est ce changement qui a conduit les microtubules à former des essaims. L’exposition à la lumière UV a inversé ce processus.
La cargaison utilisée dans les expériences consistait en des billes de polystyrène allant du micromètre à des dizaines de micromètres. Ces billes ont été traitées avec de l’ADN lié à l’azobenzène ; ainsi, les microrobot chargaient cargaison lors de l’exposition à la lumière visible et la déchargeaient sous la lumière UV. Cependant, l’ADN et l’azobenzène utilisés dans les machines moléculaires et la cargaison étaient différents ; de sorte que l’essaimage restait contrôlé indépendamment du chargement de la cargaison.
Une étude qui jette les bases de l’emploi des microrobots
Des machines simples sont capables de charger et de transporter des billes de polystyrène jusqu’à 3 micromètres de diamètre. Des essaims de machines pourraient quant à elles transporter des cargaisons atteignant 30 micromètres de diamètre. De plus, une comparaison de la distance et du volume de transport a montré que les essaims étaient jusqu’à cinq fois plus efficaces au transport par rapport aux machines individuelles.
En démontrant que les machines moléculaires peuvent être conçues pour essaimer et coopérer pour transporter des marchandises avec une grande efficacité, cette étude a jeté les bases de l’application des microrobots à divers domaines. “Dans un avenir proche, nous nous attendons donc à voir des essaims de microrobots utilisés dans l’administration de médicaments, la collecte de contaminants, les dispositifs de génération d’énergie moléculaire et les dispositifs de micro-détection”, explique Akira Kakugo.
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