Vers la percée de l'année gr?ce aux microrobots médicaux

La grande finale de la "Falling Walls Conference" du 9 novembre à Berlin a d? être organisée en ligne pour la première fois cette année en raison de la situation Covid 19. A cette occasion, les "Breaktroughs of the Year" ont été élus dans dix catégories. Pour le 31e anniversaire de la chute du mur de Berlin, les organisateurs souhaitent ainsi montrer quels seront les prochains "murs" à tomber dans le domaine de la science et de la société. Pour ce faire, les jurys ont sélectionné dix gagnantes dans chaque catégorie parmi plus de 600 finalistes. Parmi eux se trouvaient cette année pas moins de cinq chercheurs de l'ETH Zurich (voir encadré).

Le président de l'ETH, Jo?l Mesot, qui présidait cette année le jury de dix personnes de la catégorie "Engineering & Technology", a déclaré lors de la remise du prix : "Dans des temps comme ceux-ci, il est particulièrement important que nous rendions visibles des idées de recherche audacieuses qui abordent des défis sociaux. Le World Science Summit offre une scène importante pour mettre en valeur la créativité des chercheurs de toute l'Europe". Cette année, le choix dans la catégorie "Engineering & Technology" s'est porté à l'unanimité sur Metin Sitti, qui s'est régulièrement fait remarquer ces dernières années par des développements surprenants et innovants en microtechnique et en robotique. Sitti est actuellement professeur à l'université de Ko? à Istanbul et directeur de l'institut Max-Planck pour les systèmes intelligents à Stuttgart. En mai dernier, il a également été nommé professeur affilié au Département de la technologie de l'information et de l'électrotechnique de l'ETH Zurich.

Des microrobots pour un voyage fantastique

Metin Sitti cite le film culte "Fantastic Voyage" de 1966 comme une importante source d'inspiration pour sa carrière de chercheur : un sous-marin, équipe d'expédition comprise, y est rétréci au point de pouvoir être injecté dans la circulation sanguine d'un patient et envoyé en voyage à travers les capillaires et les organes. Ceci dans le but de briser un caillot de sang dans le cerveau du patient. Ce qui ressemble encore à de la science-fiction pour la plupart des gens illustre pour Sitti (hormis la diminution du nombre de chercheurs) l'avenir de la médecine. Aujourd'hui, il développe lui-même des robots minuscules, pratiquement invisibles à l'?il nu, à des fins médicales. Eux aussi devraient un jour circuler dans nos vaisseaux sanguins afin d'y diagnostiquer des maladies et, dans le meilleur des cas, de les traiter immédiatement.

Metin Sitti a grandi en Turquie. Enfant, il a passé beaucoup de temps à observer les animaux et à étudier leurs mouvements et leur comportement. Malgré cela, il n'a pas opté pour des études de biologie mais d'ingénierie à l'université Bo?azi?i d'Istanbul. Il a obtenu son doctorat à l'université de Tokyo au Japon. Après un séjour de recherche de trois ans à l'université de Berkeley en Californie, il a effectué des recherches et enseigné en tant que professeur à l'université Carnegie Mellon en Pennsylvanie entre 2002 et 2014. "La microtechnique et la micro-robotique m'ont donné la possibilité de faire de ma fascination pour la nature et ses êtres vivants un élément important de mon travail", raconte Sitti. "Un rêve s'est ainsi réalisé pour moi".

L'innovation avec les geckos comme modèle

Pour développer une nouvelle génération de matériaux adhésifs, il s'est par exemple inspiré des pattes des geckos. Ces animaux peuvent même marcher la tête en bas sur une vitre gr?ce à des millions de poils très fins et à l'adhérence ainsi générée. Sitti et son équipe ont développé des films polymères inspirés par les propriétés des geckos. Le matériau possède des pointes en forme de champignons de quelques micromètres, dont les forces intermoléculaires font que le film adhère exceptionnellement bien et dure longtemps. Ceci contrairement aux matériaux adhésifs courants sur le marché, dont l'effet repose sur une réaction chimique dans un environnement humide. En 2009, il a fondé l'entreprise spin-off "nanoGriptech", qui poursuit le développement des matériaux adhésifs et collants pour des applications dans la médecine, les équipements sportifs, les semi-conducteurs et la robotique. Sitti est toujours intéressé par les applications pratiques de ses recherches : Actuellement, douze brevets sont à son nom et 15 autres sont en cours de traitement.

Les recherches actuelles de Sitti à l'ETH se concentrent sur la micro- et nanorobotique bio-inspirée, et en particulier sur le couplage de microrobots avec l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Il devrait ainsi être possible un jour de représenter, de surveiller et de commander avec précision les robots sans fil dans le corps. Il a récemment présenté un microrobot biocompatible de seulement 3,7 millimètres de long, 1,5 millimètre de large et 0,18 millimètre d'épaisseur. Celui-ci peut se déplacer dans le corps de sept manières différentes, notamment en roulant, en nageant et en sautant. Des micro-organismes ont servi de formation préalable. Le robot est équipé de minuscules aimants qui peuvent être stimulés différemment de l'extérieur via un champ électromagnétique. L'intelligence d'un tel microrobot repose principalement sur sa structure physique, le matériau utilisé, et sa capacité d'auto-organisation - et non, comme pour les robots plus grands, sur de puissants ordinateurs. "C'est la première fois qu'un robot de cette taille réunit autant de possibilités de mouvement", explique Sitti. "Cela lui permettrait de se déplacer dans pratiquement toutes les parties de notre corps".

Son équipe a également récemment mis au point une capsule souple de quelques micromètres de diamètre, qui permet d'appliquer des substances actives liquides avec une grande précision à l'endroit visé dans l'organisme gr?ce à une impulsion extérieure. Elle devrait également permettre de réaliser des biopsies non invasives. Mais avant que les robots ne soient utilisés pour une médecine de plus en plus personnalisée, il faudra encore beaucoup de recherche et de développement en raison des exigences de sécurité élevées. L'un des plus grands défis est le pilotage contr?lé et précis des robots dans les fluides corporels turbulents et les organes pulsants. Sitti estime qu'il faudra dix ans avant les premières applications cliniques sur l'homme. Mais il est déjà convaincu des avantages d'une médecine complétée par la micro- et nanorobotique : "Nous sommes sur la voie d'une médecine qui nous permettra de détecter les maladies plus t?t et de les traiter avec beaucoup moins d'effets secondaires".