Les chercheurs créent des cils artificiels auto-propulsés

Les chercheurs de l’École d’ingénierie et de sciences appliquées de Harvard (SEAS) ont développé avec succès des cils artificiels auto-propulsés et programmables. Cette nouvelle avancée intervient après des années d’efforts des scientifiques pour concevoir de minuscules cils artificiels pour des systèmes robotiques miniatures. Les cils artificiels pourraient aider de tels systèmes robotiques à effectuer des mouvements complexes comme la flexion, la torsion et l’inversion.

La recherche a été publiée dans Nature.

Construction de microstructures

Traditionnellement, la construction de microstructures nécessite des processus de fabrication multi-étapes et divers stimuli pour créer des mouvements complexes, ce qui a limité leurs applications à grande échelle.

Les nouvelles structures à l’échelle micronique pourraient être utilisées pour de nombreuses applications, notamment la robotique molle, les dispositifs médicaux biocompatibles et le cryptage d’informations dynamiques.

Joanna Aizenberg est professeur de science des matériaux et professeur de chimie et de biologie chimique à la SEAS. Elle est également l’auteur principal de l’article.

« Les innovations dans les matériaux auto-régulés adaptatifs capables d’un ensemble diversifié de mouvements programmés représentent un domaine très actif, qui est abordé par des équipes interdisciplinaires de scientifiques et d’ingénieurs », a déclaré Aizenberg. « Les progrès réalisés dans ce domaine peuvent avoir un impact significatif sur la façon dont nous concevons des matériaux et des dispositifs pour une variété d’applications, notamment la robotique, la médecine et les technologies de l’information. »

Activation de la structure pour la reconfiguration et la propulsion

Alors que les recherches précédentes impliquaient des matériaux multicomposants complexes pour atteindre les éléments structurels de ces systèmes, la nouvelle équipe a conçu un pilier de microstructure en un seul matériau. Ce matériau est un élastomère liquide cristallin photo-réactif, qui permet aux blocs de construction de se réaligner et à la structure de changer de forme lorsque la lumière frappe la microstructure.

Lorsque le changement de forme se produit, la première chose qui se produit est que l’endroit où la lumière frappe devient transparent, ce qui permet à la lumière de pénétrer plus profondément dans le matériau et de provoquer encore plus de déformations. Après cela, le matériau se déforme et la forme change, ce qui signifie qu’un nouvel endroit sur le pilier est exposé à la lumière et change de forme également.

Ce processus permet à la microstructure de se propulser dans un cycle de mouvement.

Shucong Li est un étudiant diplômé du département de chimie et de biologie chimique de Harvard, ainsi que co-premier auteur de l’article.

« Cette boucle de rétroaction interne et externe nous donne un matériau auto-régulateur. Une fois que vous allumez la lumière, il fait tout son propre travail », a déclaré Li.

Le matériau revient ensuite à sa forme d’origine lorsque la lumière s’éteint. Puisque le matériau peut se tordre et changer de mouvement avec sa forme, les structures les plus simples peuvent être reconfigurées et accordées avec des possibilités infinies.

Michael M. Lurch est un boursier postdoctoral au laboratoire Aizenberg et co-premier auteur de l’article.

« Nous avons montré que nous pouvons programmer la chorégraphie de cette danse dynamique en adaptant une gamme de paramètres, notamment l’angle d’illumination, l’intensité lumineuse, l’alignement moléculaire, la géométrie de la microstructure, la température et les intervalles et la durée d’irradiation », a déclaré Lerch.

L’équipe a également démontré comment les piliers interagissent les uns avec les autres en tant que partie d’un tableau.

« Lorsque ces piliers sont regroupés, ils interagissent de manière très complexe car chaque pilier se déformant projette une ombre sur son voisin, qui change tout au long du processus de déformation », a déclaré Li. « La programmation de la façon dont ces auto-expositions à l’ombre changent et interagissent dynamiquement les unes avec les autres pourrait être utile pour des applications telles que le cryptage d’informations dynamiques. »

« L’espace de conception vaste pour les mouvements individuels et collectifs est potentiellement transformateur pour la robotique molle, les micro-marcheurs, les capteurs et les systèmes de cryptage d’informations robustes », a ajouté Aizenberg.

La recherche a également inclus des co-auteurs James T. Waters, Bolei Deng, Reese S. Martens, Yuxing Yao, Do Yoon Kim, Katia Bertoldi, Alison Grinthal et Anna C. Balazs.