En résumé
- Des chercheurs de Penn et du Michigan ont développé des robots microscopiques de 200 x 300 x 50 micromètres qui nagent dans les liquides, détectent la température et fonctionnent de manière autonome pendant des mois.
- Marc Miskin a noté que ces robots autonomes sont 10 000 fois plus petits que les versions précédentes, ouvrant ainsi une toute nouvelle échelle aux machines programmables.
- Les microrobots coûtent un centime à produire, fonctionnent avec 75 nanowatts d'énergie solaire et peuvent surveiller des cellules individuelles avec une précision de température de 0,3°C.
Un groupe de scientifiques vient de réduire des robots autonomes à la taille d'un grain de poussière. Et les robots peuvent penser, plus ou moins.
Une équipe de l’Université de Pennsylvanie et de l’Université du Michigan a construit des machines microscopiques de 200 x 300 x 50 micromètres, soit la taille d’un grain de sel, qui nagent dans les liquides, détectent les changements de température, prennent des décisions par elles-mêmes et fonctionnent pendant des mois. Chacun coûte environ un centime à produire.
Ces petits robots sont complètement autonomes. Pas de câbles, pas de champs magnétiques, pas de joystick de l'extérieur. Juste un petit ordinateur, des capteurs et un système de propulsion compressés en quelque chose de presque trop petit pour être vu à l'œil nu.
« Nous avons créé des robots autonomes 10 000 fois plus petits », a déclaré Marc Miskin, professeur adjoint à Penn Engineering. ScienceQuotidien. « Cela ouvre une toute nouvelle échelle pour les robots programmables. »
Cette avancée majeure répond à un problème qui déconcerte la robotique depuis 40 ans : comment construire des machines qui fonctionnent de manière indépendante en dessous d'un millimètre. L’électronique a continué à diminuer, mais pas les robots. La physique à cette échelle est brutale : Miskin a expliqué que pousser dans l’eau, c’est comme pousser dans le goudron, et que les petits bras ou les petites jambes se brisent.
L’équipe a donc complètement abandonné les conceptions conventionnelles. Au lieu de plier ou de fléchir les membres, ces robots génèrent un champ électrique qui pousse les particules chargées dans le liquide environnant. Ces ions entraînent avec eux les molécules d’eau, créant ainsi un mouvement.
Cette approche fonctionne car elle ne comporte aucune pièce mobile. Les électrodes sont suffisamment durables pour être transférées à plusieurs reprises entre échantillons avec une micropipette sans dommage. Alimentés par une lumière LED, ils continuent à nager pendant des mois.
Les petits panneaux solaires qui alimentent ces robots ne produisent que 75 nanowatts. Pour que cela fonctionne, le Michigan a conçu des circuits fonctionnant à des tensions extrêmement basses, réduisant ainsi la consommation de plus de 1 000 fois. Ils ont également dû repenser complètement le fonctionnement du logiciel, en condensant ce qui nécessiterait normalement de nombreuses instructions en commandes uniques et spécialisées qui tiennent dans une mémoire microscopique.
Le résultat : le premier robot submillimétrique doté d’un ordinateur complet. Processeur, mémoire, capteurs : le package complet. Personne n’a encore fait cela à une telle échelle.
Ces robots peuvent détecter la température avec une précision d’un tiers de degré Celsius, six dixièmes de degré Fahrenheit pour ceux qui aiment le système impérial. Ils peuvent se déplacer vers des régions plus chaudes ou signaler des valeurs de température qui servent d’indicateurs de l’activité cellulaire, surveillant potentiellement des cellules individuelles.
Pour communiquer leurs mesures, les chercheurs ont conçu une instruction spéciale qui code les données dans les « mouvements » d’une petite danse exécutée par le robot. Les scientifiques regardent au microscope et décodent le message. C'est ainsi que les abeilles communiquent, a déclaré David Blaauw, professeur de génie électrique et informatique à l'Université du Michigan.
Les robots sont programmés grâce à des impulsions lumineuses qui les alimentent également. Chacun possède une adresse unique, permettant aux chercheurs de charger différents programmes sur différents lecteurs. Ils peuvent travailler indépendamment ou se coordonner en groupes, se déplaçant selon des schémas comme des bancs de poissons à des vitesses allant jusqu'à une longueur de corps par seconde.
Les futures versions pourraient stocker des programmes plus complexes, intégrer de nouveaux capteurs ou fonctionner dans des environnements plus hostiles. La conception actuelle est une plate-forme : son système de propulsion est alimenté par des composants électroniques qui peuvent être fabriqués de manière économique à grande échelle.
« Ce n'est en réalité que le premier chapitre », a déclaré Miskin. « 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. »
« Une fois que vous avez cette base », a-t-il ajouté, « vous pouvez ajouter toutes sortes d'intelligence et de fonctionnalités. »
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