Des robots minuscules en métal et en plastique
Des chercheurs de l'ETH Zurich ont développé une méthode leur permettant de fabriquer des machines de taille micrométrique dans lesquelles plusieurs matériaux sont entrelacés de manière complexe. De tels microrobots devraient un jour révolutionner la médecine.
Des robots si minuscules qu'ils peuvent se déplacer dans nos vaisseaux sanguins et apporter des médicaments à des endroits précis du corps - c'est un objectif de recherche que les scientifiques poursuivent depuis des années. Des chercheurs de l'ETH Zurich sont parvenus à construire pour la première fois de telles "micromachines", composées de métal et de plastique, et dans lesquelles ces deux matériaux sont reliés entre eux comme le sont par exemple les maillons d'une cha?ne. Ceci est possible gr?ce à une nouvelle technique de fabrication qu'ils ont développée.
"Les métaux et les polymères ont des propriétés différentes, et ces deux matériaux présentent des avantages pour la construction de micromachines. Pour pouvoir utiliser toutes ces propriétés en même temps, nous voulions combiner les deux matériaux", explique Carlos Alc?ntara, ancien doctorant dans le groupe de Salvador Pané à l'Institut de robotique et de systèmes intelligents et l'un des deux premiers auteurs du travail. En règle générale, les micromachines sont entra?nées par des champs magnétiques depuis l'extérieur du corps. Pour ce faire, des pièces métalliques magnétiques doivent être intégrées dans les micromachines. Quant aux polymères, ils présentent l'avantage de permettre la construction de pièces souples et mobiles ou de pièces qui se dissolvent à l'intérieur du corps. Si des médicaments sont intégrés dans de tels polymères solubles, il est possible de libérer des substances actives de manière ciblée à certains endroits du corps.
Méthode de fabrication high-tech
La nouvelle méthode de fabrication repose sur l'expertise du professeur de l'ETH Salvador Pané. Il travaille depuis des années déjà avec une technique d'impression 3D de haute précision qui permet de fabriquer des objets complexes à l'échelle micrométrique : la lithographie 3D. Les scientifiques de l'ETH ont utilisé cette technique pour fabriquer des sortes de moules pour leurs micromachines. Ces derniers ont de fins canaux qui servent de négatif et sont remplis du matériau correspondant.
Au moyen d'un dép?t électrochimique, les ingénieurs remplissent certains canaux avec du métal, d'autres les remplissent avec des polymères. Pour finir, le moule est dissous à l'aide de solvants. "Nous avons pu développer cette méthode parce que des ingénieurs électriciens, des ingénieurs mécaniciens, des chimistes et des spécialistes des matériaux travaillent en étroite collaboration au sein de notre groupe multidisciplinaire", explique Fabian Landers. Il est doctorant dans le groupe de Pané et également premier auteur du travail qui a été publié dans la revue spécialisée page externeNature Communications a été publié.
Véhicule à molettes magnétiques
Pour démontrer la faisabilité de micromachines imbriquées les unes dans les autres, les ingénieurs de l'ETH ont fabriqué différents véhicules minuscules dotés d'un ch?ssis en plastique et de roues métalliques magnétiques qui peuvent être entra?nées par un champ magnétique tournant. Parmi eux, il y a ceux qui peuvent se déplacer sur une surface en verre et d'autres qui, selon le polymère utilisé, peuvent flotter dans un liquide ou à la surface d'un liquide.
Les scientifiques vont maintenant continuer à développer leurs micromachines à deux composants et à expérimenter avec d'autres matériaux. En outre, ils vont essayer de fabriquer des formes et des machines plus complexes, y compris des machines qui peuvent se plier et se déplier. Outre les bacs libérant des substances actives, les futures applications possibles comprennent des micromachines permettant de traiter des anévrismes (renflements de vaisseaux sanguins) ou de réaliser d'autres opérations. Un autre objectif de recherche concerne les stents dépliables (supports vasculaires tubulaires) qui peuvent être placés à l'endroit souhaité dans le corps gr?ce à des champs magnétiques.
Référence bibliographique
Alc?ntara CCJ, Landers FC, Kim S, De Marco C, Ahmed D, Nelson BJ, Pané S : Mechanically Interlocked 3D Multi-Material Micromachines, Nature Communications, 24 novembre 2020, doi : page externe10.1038/s41467-020-19725-6