Des chercheurs américains ont mis au point des microrobots plus petits qu’un grain de sel, capables de se déplacer, de percevoir leur environnement et de prendre des décisions simples de manière autonome. Publiés dans Science Robotics, ces travaux ouvrent des perspectives inédites, notamment en médecine et en robotique à très petite échelle.
Des robots microscopiques capables de « sentir, penser et agir »
Mis au point par des équipes des universités de Pennsylvanie et du Michigan, ces microrobots mesurent environ 0,2 × 0,3 millimètre pour 50 micromètres d’épaisseur, soit une taille inférieure à celle d’un grain de sel. Malgré ce format extrême, ils intègrent un processeur, de la mémoire, des capteurs, un système de propulsion et un dispositif convertissant l’énergie lumineuse.
« C’est le premier robot miniature capable de sentir, penser et agir », explique Marc Miskin, professeur à l’université de Pennsylvanie et auteur principal des travaux publiés dans Science Robotics.
Chaque robot fonctionne de manière autonome, sans alimentation externe, grâce à des cellules photovoltaïques qui convertissent la lumière en énergie. Il libère ainsi une puissance d’environ 75 nanowatts servant à faire fonctionner son programme, soit, d’après David Blaauw, collaborateur michiganais de Marc Miskin, 100 000 fois moins que ce que nécessite une montre connectée.
Testés en laboratoire dans des liquides, ces microrobots sont capables de nager, de détecter des variations de température et d’adapter leur trajectoire en conséquence. Les chercheurs ont notamment montré qu’ils pouvaient identifier une zone plus chaude dans un fluide et s’y diriger, démontrant une forme élémentaire de prise de décision.
Une prouesse technique pour la robotique, attendue depuis des décennies
Selon Miskin, la robotique, contrairement aux autres domaines de l’électronique, échouait depuis près de 40 ans à se miniaturiser. Les difficultés résidaient notamment dans l’assemblage des pièces et la génération d’un mouvement autonome avec des robots sous la barre du millimètre.
La clé réside dans la combinaison de deux innovations, toutes deux alimentées par les cellules solaires, convertissant la lumière en énergie. D’un côté, des ordinateurs submillimétriques développés à l’université du Michigan, capables de fonctionner avec une consommation énergétique infime. De l’autre, un système de propulsion original, venant de Penn Engineering.
« Nous avons vu que le système de propulsion de Penn Engineering et nos ordinateurs miniatures étaient faits l’un pour l’autre », a déclaré David Blaauw, cité par NDTV.
À cette échelle, se déplacer dans l’eau revient normalement à avancer dans du goudron, explique Miskin. Pour contourner ce problème, le robot, au lieu de se mouvoir lui-même, déplace le fluide autour de lui. Il génère un champ électrique qui met en mouvement des ions dans le liquide, lesquels entraînent l’eau et propulsent l’ensemble. Pour faire simple, les deux électrodes métalliques placées de part et d’autre du robot attirent des particules de charge opposée dans l’eau, créant ainsi un flux. Cette approche permet aux robots de n’avoir aucune pièce mobile, les rendant particulièrement robustes et capables de fonctionner pendant des mois.
« Nous avons rendu les robots autonomes 10 000 fois plus petits », souligne Marc Miskin, estimant que cette avancée « ouvre une échelle entièrement nouvelle pour les robots programmables ».
Des applications scientifiques et médicales lointaines mais prometteuses
Pendant qu’il nage, le robot peut communiquer avec l’opérateur humain. « Nous pouvons lui envoyer des messages pour lui dire ce que nous voulons qu’il fasse », avec un ordinateur portable, explique Miskin, cité par le Washington Post, « et il peut nous renvoyer des messages pour nous dire ce qu’il a vu et ce qu’il faisait ».
À terme, ces microrobots pourraient transformer plusieurs domaines scientifiques, notamment médicaux. Par exemple, en permettant l’administration ciblée de médicaments dans le corps humain, la surveillance de cellules, la réparation de nerfs et tissus, tout en évitant la chirurgie.
« Dans le futur, disons dans 100 ans, tout ce qu’un chirurgien fait aujourd’hui, nous aimerions le faire avec un robot », anticipe David Gracias, professeur à l’université Johns Hopkins.
Pour l’instant, les chercheurs reconnaissent que ces robots ne sont pas prêts pour une utilisation dans le corps humain, notamment en raison des contraintes liées aux matériaux et aux environnements biologiques. Ils travaillent désormais à les adapter à d’autres milieux, comme l’eau salée ou les surfaces solides, et à améliorer leurs capacités de coordination.
« Le prochain Graal, c’est vraiment qu’ils puissent communiquer entre eux », a déclaré David Blaauw.
En parvenant à intégrer calcul, capteurs et propulsion dans un robot presque invisible à l’œil nu, les chercheurs américains franchissent une étape technique majeure. Si les applications concrètes restent à développer, ces microrobots autonomes constituent déjà, selon Sawyer Fuller, chercheur à l’Université de Washington, « l’avant-garde d’une nouvelle classe de dispositifs », susceptible de lancer la robotique à l’échelle microscopique.
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