Les chercheurs découvrent un nouveau processus pour imiter la vie dans les matériaux non vivants

Une équipe de chercheurs de l’Université de technologie de Delft a découvert un nouveau processus qui pourrait aider à imiter la vie dans les matériaux non vivants, tels que les robots. Le nouveau processus repose sur du carburant pour contrôler les matériaux non vivants de manière similaire à celle des cellules vivantes. 

L’équipe affirme que le cycle de réaction pourrait être appliqué à une large gamme de matériaux. Sa vitesse peut également être contrôlée, ouvrant de nombreuses opportunités dans ce domaine émergent. Le nouveau développement pourrait également jouer un rôle important dans la robotique molle future, avec des machines molles capables de détecter leur environnement et de réagir en conséquence. 

Les résultats de l’équipe ont été publiés dans Nature Communications. 

Imitation des réactions chimiques dans les cellules vivantes

Le chimiste Rienk Eelkema et son équipe travaillent sur l’imitation des réactions chimiques dans les cellules vivantes, qui fournissent le carburant nécessaire pour contrôler la cellule. Ces réactions entraînent les matériaux non vivants de la même manière, mais elles sont limitées. 

« Jusqu’à présent, il n’y a que cinq types de réactions qui sont largement utilisés par les chercheurs », déclare Eelkema. « Ces réactions ont deux inconvénients majeurs : leur vitesse est difficile à contrôler et elles ne fonctionnent que sur un ensemble spécifique de molécules. » 

Avec Benjamin Klemm, auteur principal de l’étude, le duo a découvert un nouveau type de réaction dont la vitesse peut être efficacement contrôlée. Cette réaction fonctionne sur une large gamme de matériaux. 

« L’essence du cycle de réaction est qu’il peut basculer entre une particule non chargée et une particule chargée en ajoutant un carburant chimique », poursuit Eelkema. « Cela nous permet de modifier les matériaux et donc de modifier les structures de ces matériaux, car les charges égales se repoussent et les charges différentes s’attirent. Le type et la quantité de carburant déterminent la vitesse de réaction, et donc la durée de vie d’une charge et d’une structure donnée. » 

L’une des choses que l’équipe a faites était d’utiliser leur cycle de réaction pour charger un hydrogel, ce qui a entraîné le rejet des charges les unes par les autres et le gonflement du gel. 

Rôle dans la construction de robots mous

Les chercheurs affirment que le cycle de réactions chimiques pourrait jouer un rôle dans la construction de robots mous. 

« Les robots mous existent déjà, par exemple des microparticules contrôlées externement par des champs magnétiques ou électriques. Mais en fin de compte, vous voudriez qu’un robot puisse se contrôler lui-même : voir où il est et ce qui se passe, puis réagir en conséquence », déclare Eelkema. « Vous pouvez programmer notre cycle dans une particule à l’avance, puis la laisser seule, et elle effectuera sa fonction de manière indépendante dès qu’elle rencontrera un signal pour le faire. » 

Eelkema va maintenant essayer d’ajouter un traitement de signal au processus, ce qui le liera à l’environnement. 

« Par exemple, une particule de polymère pourrait contenir certains composants d’un tel cycle », explique-t-il. « Lorsqu’elle rencontre la dernière partie de la réaction, le cycle est terminé, servant de signal pour se désintégrer ou gonfler, par exemple. »

Les cellules des humains et des autres organismes vivants dépendent de l’énergie pour fonctionner. 

« C’est aussi la raison pour laquelle nous devons manger », explique Eelkema. « Ce lien entre l’énergie et la fonction se fait par des réactions chimiques et c’est ce qui définit les êtres vivants. Cela permet aux cellules de contrôler quand et où des structures sont formées ou des processus se produisent, localement et pour une durée limitée. » 

D’un autre côté, les matériaux non vivants peuvent fonctionner sans approvisionnement en énergie et exister éternellement. Ce n’est qu’il y a dix ans que des processus existaient qui pouvaient utiliser un carburant chimique pour entraîner des interactions dans les matériaux non vivants. 

« Nous avons introduit cela ici à Delft, ainsi que dans quelques autres endroits, et depuis lors, le domaine a explosé », conclut Eelkema.