L’image typique d’un robot est celle composée de moteurs et de circuits, enfermés dans du métal. Pourtant, le domaine de la robotique moléculaire, qui est le fer de lance au Japon, commence à changer cela.
Tout comme la formation d’organismes vivants complexes, les robots moléculaires tirent leur forme et leur fonctionnalité de molécules assemblées. De tels robots pourraient avoir des applications importantes, comme être utilisés pour traiter et diagnostiquer des maladies in vivo.
Le premier défi dans la construction d’un robot moléculaire est le même que le besoin le plus fondamental de tout organisme : le corps, qui maintient tout ensemble. Mais la fabrication de structures complexes, en particulier au niveau microscopique, s’est avérée être un cauchemar technique, et de nombreuses limites à ce qui est possible existent actuellement.
Pour résoudre ce problème, une équipe de recherche de l’Université de Tohoku a développé une méthode simple pour créer des robots moléculaires à partir de corps artificiels de type multicellulaire en utilisant des molécules qui peuvent s’organiser en formes souhaitées.
L’équipe, comprenant le professeur agrégé Shin-ichiro Nomura et le chercheur postdoctoral Richard Archer du département de robotique de la Graduate School of Engineering, a récemment rapporté sa percée dans la revue Langmuir.
« Notre travail a démontré une technique simple d’auto-assemblage qui utilise des phospholipides et des tensioactifs synthétiques enduits sur une éponge de silicone hydrophobe », a déclaré Archer.
Lorsque Nomura et ses collègues ont introduit de l’eau dans l’éponge enduite de lipides, les forces hydrophiles et hydrophobes ont permis aux lipides et aux tensioactifs de s’assembler, permettant ainsi à l’eau de s’imprégner. L’éponge a ensuite été placée dans l’huile, formant spontanément des gouttelettes aqueuses stabilisées de la taille d’un micron. au fur et à mesure que l’eau était expulsée du support solide. Lorsqu’elles sont pipetées à la surface de l’eau, ces gouttelettes s’assemblent rapidement en structures macroscopiques planes plus grandes, comme des briques qui s’assemblent pour former un mur.
« Notre technique développée peut facilement construire des structures de taille centimétrique à partir de l’assemblage de compartiments de taille micronique et peut être réalisée avec plus d’un type de gouttelettes », ajoute Archer. « En utilisant différentes éponges avec de l’eau contenant différents solutés et en formant différents types de gouttelettes, les gouttelettes peuvent se combiner pour former des structures hétérogènes. Cette approche modulaire de l’assemblage libère des possibilités presque infinies. »
L’équipe pourrait également transformer ces corps en dispositifs contrôlables avec mouvement induit. Pour ce faire, ils ont introduit des nanoparticules magnétiques dans les parois hydrophobes de la structure à plusieurs compartiments. Archer affirme que cette approche multi-compartiments de la conception de robots permettra des conceptions modulaires flexibles avec de multiples fonctionnalités et pourrait redéfinir ce que nous imaginons des robots. « Les travaux futurs ici nous rapprocheront d’une nouvelle génération de robots qui sont assemblés par des molécules plutôt que forgés dans de l’acier et utilisent des produits chimiques fonctionnels plutôt que des puces et des moteurs en silicium. »
Plus d’information:
Richard J. Archer et al, Synthèse évolutive de structures multi-compartiments planaires macroscopiques à base de lipides, Langmuir (2023). DOI : 10.1021/acs.langmuir.2c02859