Micromachines: comment la prochaine grande nouveauté en matière de robotique est en réalité assez petite

Un demi-siècle après que Neil Armstrong ait prononcé les mots « un pas de géant pour l’humanité », l’innovation technologique est devenue plus modeste. Oui, nous sommes toujours fascinés par les énormes bâtiments qui grattent le ciel et par la puissance des fusées défiant la gravité, mais bon nombre des plus grandes avancées se produisent à une échelle inimaginablement petite à côté de celles de années passées. Les nouvelles générations d’appareils mobiles – qu’il s’agisse d’ordinateurs portables, de smartphones et de montres intelligentes – ne réduisent que de quelques millimètres l’épaisseur de leurs prédécesseurs déjà minces; rendant les appareils déjà petits et portables encore plus petits et portables. La technologie CRISPR/cas9 permet aux scientifiques de modifier des gènes uniques; ce qui pourrait potentiellement éradiquer des maladies mortelles. De nouveaux processus à l’échelle nanométrique permettent aux concepteurs de puces d’insérer toujours plus de transistors à la surface des circuits intégrés; doublant ainsi la puissance de calcul tous les 12 à 18 mois.

Le monde de la robotique n’est pas différent. Pensez que les robots comme ceux de Boston Dynamics Robot Spot d'inspiration canine ou robot humanoïde Atlas sont-ils au sommet de la pile d’innovations, tout simplement parce qu’ils sont les plus visibles? Pas si vite! À l’extrémité la plus petite du spectre, les progrès ne sont peut-être pas aussi apparents – mais, à leur échelle, ils peuvent être encore plus excitants.

Bienvenue dans le monde des robots à micro-échelle, un genre de robotique qui attire moins l’attention que ses grands frères et sœurs métalliques, mais potentiellement tout aussi transformateur. Ces robots pourraient être utiles pour un large éventail d’applications, depuis la réalisation de prouesses chirurgicales à l’échelle micro ou nanométrique jusqu’à l’exploration d’autres planètes.

Les exemples sont partout

Les démonstrations de cette technologie en action sont partout. Récemment, des chercheurs de l'Université de Californie du Sud ont construit un robot volant inspiré des insectes qui ne pèse que 95 milligrammes et est plus petit qu’un centime.

Pendant ce temps, à l’Institut Max Planck pour les systèmes intelligents en Allemagne, par exemple, les ingénieurs ont construit une petite voiture orientable. Cela ne semble pas particulièrement inhabituel jusqu’à ce que vous appreniez que la voiture en question n’est pas une petite voiture. comme une Chevrolet Spark ou une Ford Fiesta, mais plutôt un robot en forme de voiture de seulement 40 à 50 micromètres de diamètre. taille. Cela représente environ la moitié du diamètre d’un seul cheveu humain. Le laboratoire a construit une série de micromachines mobiles à auto-assemblage qui peuvent être programmées pour s'assembler dans une grande variété de formations différentes en fonction de ce qui est attendu d'elles. Et ce n’est pas tout.

« Notre équipe a proposé [un certain nombre de] nouveaux microrobots synthétiques et bio-hybrides » Dr Metin Sitti, directeur du département d’intelligence physique de l’Institut Max Planck, a déclaré à Digital Trends. « En tant que robots synthétiques à petite échelle, nous avons démontré divers robots mobiles sans fil programmables de forme douce, dotés de capacités de locomotion et de fonctionnement multifonctions. Ces petits robots mous ont été inspirés par des animaux mous à petite échelle tels que les méduses, les chenilles, les spermatozoïdes et les larves de coléoptères. En tant que microrobots bio-hybrides, nous avons [également] proposé des micronageurs alimentés par des bactéries et des algues pour délivrer les cargaison dans les régions cibles pendant qu'ils détectent le microenvironnement, [tel que] les gradients chimiques ou d'oxygène, les changements de pH et lumière."

Le mot « ils », comme au pluriel, est souvent utilisé lorsque les gens parlent de microbots. Nous pourrions envisager de faire travailler plusieurs robots de grande taille ensemble, mais il est probable que seuls quelques-uns fonctionneront conjointement les uns avec les autres. Pour paraphraser le « Boulevard des rêves brisés » de Green Day, les robots de cette échelle sont conçus pour marcher (ou rouler, ou ramper, ou nager, ou sauter) seuls. Ce n’est pas le cas du côté le plus petit du spectre.

"Avec les robots traditionnels, les robots doivent être sophistiqués et capables d'effectuer des tâches complexes, généralement par eux-mêmes", a déclaré Dea Gyu Kim, doctorante travaillant sur les micro-robots à Georgia Tech. « Cependant, avec les micro-robots, ils peuvent être plus simples et moins coûteux. Au lieu de compter sur [un] seul robot pour effectuer une action complexe spécifique, un grand groupe d’entre eux peut interagir de différentes manières pour accomplir différentes actions.

Les robots sur lesquels Kim travaille mesurent quelques millimètres de long, soit à peu près la taille d'une fourmi. (Même si, à l’avenir, l’équipe espère en faire encore plus petit.) Appelé «robots à poils», les créations imprimées en 3D marchent sur quatre ou six pattes en forme de poils. Grâce à la présence d'un actionneur piézoélectrique en titanate de zirconate de plomb sur leur dos, ils peuvent être pilotés par de minuscules vibrations.

Comment allons-nous les utiliser ?

« L'application réelle la plus idéale [pour ces robots] pour moi est d'utiliser un grand groupe de robots à poils pour accéder aux zones difficiles d'accès, telles que des fissures à l’intérieur de grandes infrastructures ou de petites lacunes dans des machines complexes, où les humains ou les robots typiques ne peuvent pas aller effectuer des enquêtes », Kim a continué. "[Ils pourraient fonctionner en] imitant les comportements de recherche de nourriture des insectes et en [transmettant] des données d'intérêt."

Metin Sitti, quant à lui, pense que c'est dans le domaine médical que ces minuscules robots seront le plus utiles. « Je pense que l’impact scientifique et sociétal le plus important de la microrobotique mobile se situerait dans le domaine de la santé, où les microrobots sans fil peuvent accéder à des zones sans précédent ou difficiles d'accès à l'intérieur du corps humain », Sitti a continué. « [Cela pourrait être utile] pour le diagnostic médical non invasif ou mini-invasif et le traitement de courte ou de longue durée. Par conséquent, mon groupe s’est concentré sur l’application de nos nouveaux microrobots à diverses applications médicales, telles que le traitement ciblé du cancer, l’embolisation, l’ouverture de caillots sanguins, la biopsie et la microchirurgie.

Il existe également de nombreuses autres idées d’où viennent ces deux-là. Des agents d'imagerie continue aux micro-équipes de robots capables de déplacer des objets beaucoup plus grands qu'eux, en passant par les micro-robots contrôlés par aimant qui peuvent supprimer métaux lourds provenant de l'eau contaminée, il existe peu de domaines dans lesquels les micro-robots ne pourraient pas s'avérer utiles dans une certaine mesure. À mesure que les chercheurs démontrent de plus en plus leur capacité à se déplacer sur une variété de terrains, allant des pentes dangereuses à la nage dans les fluides corporels, ils ne feront que devenir plus utiles.

Bien entendu, des goulots d’étranglement existent toujours. Comme pour les robots plus gros, il s’agit notamment du défi d’alimenter les robots sans avoir à les maintenir attachés, de les rendre plus agiles et de les fabriquer en masse plus facilement. Dans le cas d'applications médicales, leur sécurité devra également être prouvée avant de pouvoir être utilisée à des fins médicales. Voyage fantastique-des missions de style à travers le corps humain. Mais ces défis sont étudiés, affinés et, dans de nombreux cas, résolus par un nombre toujours croissant de chercheurs du monde entier.

Comme l’a dit un jour le physicien Richard Feynman à propos du domaine de la nanotechnologie, petit cousin de la microrobotique: «Il y a beaucoup de place en bas.» Mais ce n’est certainement pas par manque d’intérêt !

Recommandations des rédacteurs

• La prochaine grande nouveauté scientifique est déjà dans votre poche
• L’avenir de l’industrie manufacturière: un aperçu de la prochaine ère de fabrication d’objets
• L’avenir de l’IA: 4 grandes choses à surveiller dans les prochaines années
• Mannequins intelligents: comment la technologie du tacle robotique transforme la pratique du football
• Comment les données aident les robots aspirateurs à nettoyer votre maison avec une efficacité maximale