Des chercheurs de l’Université de Pennsylvanie et de l’Université du Michigan ont franchi une étape importante dans le domaine de la robotique : créer des robots entièrement autonomes, alimentés par l’énergie solaire, dont la fabrication ne coûte qu’un centime. Ces machines, plus petites qu’un grain de sel, surmontent les défis de la microrobotique vieux de plusieurs décennies en exploitant la propulsion électrique et de nouvelles conceptions de circuits. Ce développement ouvre la porte aux progrès de la nanotechnologie, de la recherche médicale et au-delà.
Le défi de plusieurs décennies de la micro-robotique
Depuis 40 ans, le domaine de la robotique a du mal à construire des robots indépendants à des échelles inférieures au millimètre. Le problème n’est pas seulement la miniaturisation ; c’est de la physique. À mesure que les objets rétrécissent, l’inertie devient moins dominante tandis que les effets de surface comme la viscosité et la traînée prennent le dessus. Cela signifie que les conceptions traditionnelles des locomotives, telles que les jambes ou les bras, deviennent impraticables au niveau micro : se déplacer dans des fluides à cette échelle équivaut à pousser dans du goudron. La solution de l’équipe évite complètement le besoin de membres mécaniques, s’appuyant plutôt sur des champs électriques pour propulser les robots.
Comment ils fonctionnent : électricité, ions et eau
Chaque robot, mesurant environ 200 x 300 x 50 micromètres, convertit l’énergie de minuscules panneaux solaires en champ électrique lorsqu’il est immergé dans une solution. Ce champ pousse les ions proches, qui déplacent ensuite les molécules d’eau environnantes, créant ainsi un mouvement. Les robots ne se limitent pas à de simples mouvements vers l’avant ou vers l’arrière ; en ajustant le champ électrique, ils peuvent se déplacer individuellement ou selon des schémas coordonnés, imitant le comportement d’un banc de poissons. Les chercheurs expliquent cela par le fait que le robot se trouve à la fois dans une rivière en mouvement et fait également déplacer la rivière.
Surmonter les contraintes de puissance : conception de circuits radicaux
La miniaturisation présente un autre obstacle : l’espace limité pour les sources d’alimentation, la mémoire et les circuits. Les robots fonctionnent avec seulement 75 nanowatts, soit plus de 100 000 fois moins qu’une montre intelligente. Pour résoudre ce problème, les ingénieurs de l’Université du Michigan ont développé des conceptions de circuits entièrement nouvelles fonctionnant à basse tension, réduisant ainsi de plus de 1 000 fois les besoins en énergie du robot. Les panneaux solaires occupent la majeure partie de la surface du robot, l’équipe a donc dû condenser radicalement les instructions de programmation.
Communication par le mouvement : la « Wiggle Dance »
Les microrobots comprennent des capteurs capables de détecter la température avec une grande précision (au tiers de degré Celsius). Pour rendre compte de leurs découvertes, ils utilisent une méthode de communication unique inspirée des abeilles. Ils encodent les données dans une « danse agitée », un modèle de mouvement spécifique que les chercheurs peuvent décoder à l’aide d’un microscope et d’une caméra. Cela permet aux robots de transmettre des informations sans nécessiter de systèmes sans fil complexes.
Implications futures
Les robots actuels peuvent déjà détecter les changements de température, ce qui les rend potentiellement utiles pour suivre l’activité cellulaire et évaluer la santé des cellules. Mais les bases de capacités encore plus avancées sont désormais posées. Avec davantage de perfectionnement, ces micro-robots pourraient intégrer des capteurs supplémentaires et naviguer dans des environnements de plus en plus complexes, ouvrant ainsi la voie à des possibilités d’administration ciblée de médicaments, de surveillance environnementale ou même de fabrication de précision.
“Nous avons montré qu’il est possible d’insérer un cerveau, un capteur et un moteur dans quelque chose de presque trop petit pour être vu, et de le faire survivre et fonctionner pendant des mois”, a déclaré Marc Miskin, ingénieur principal à l’Université de Pennsylvanie. Cette avancée majeure résout non seulement un problème de robotique de longue date, mais ouvre également une nouvelle ère de possibilités pour les machines autonomes ultra-petites.
