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Un robot biologique marche avec des cellules musculaires

Une équipe de chercheurs de l’université de l’Illinois a développé un robot biologique, ou « biobot », fabriqué à partir de cellules musculaires dont les mouvements peuvent être contrôlés par des impulsions électriques. Une avancée importante qui ouvre la voie à la création de machines biologiques pour des applications environnementales et médicales.

Une représentation artistique du biobot mis au point par des chercheurs de l’université de l’Illinois. Il est fabriqué à partir d’un squelette d'hydrogel imprimé en 3D auquel sont intégrées des cellules de muscle squelettique. Commandées par des impulsions électriques, elles font marcher ce minuscule robot. © Janet Sinn-Hanlon, design Group@VetMed Une représentation artistique du biobot mis au point par des chercheurs de l’université de l’Illinois. Il est fabriqué à partir d’un squelette d'hydrogel imprimé en 3D auquel sont intégrées des cellules de muscle squelettique. Commandées par des impulsions électriques, elles font marcher ce minuscule robot. © Janet Sinn-Hanlon, design Group@VetMed

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Des robots biologiques assisteront peut-être un jour les chirurgiens dans leurs interventions en se chargeant d’administrer des traitements ou en faisant office de capteurs finement localisés. C’est ce que pensent les chercheurs de l’université d’Urbana-Champaign dans l’Illinois (États-Unis). Ils viennent de présenter ce qu’ils appellent un biobot constitué de cellules musculaires contrôlées par des impulsions électriques dans un article publié dans les Pnas.

En 2012, cette même équipe dirigée par le professeur Rashid Bashir avait développé un biobot animé par des cellules musculaires cardiaques de rat et publié ses travaux dans la revue Nature. Le problème est que ces cellules se contractent en permanence, ce qui empêche de contrôler le mouvement. Les chercheurs ont depuis opté pour des cellules de muscle squelettique qui ont l’avantage de réagir aux stimulus extérieurs, en l'occurrence des impulsions électriques. La conception de ce biobot est inspirée de l’architecture os-tendons-muscles. Elle se compose d’un squelette d’hydrogel imprimé en 3D et d'un ensemble de cellules musculaires.


La première partie de cette vidéo est consacrée au premier biobot conçu par les chercheurs d’Urbana-Champaign à partir de cellules cardiaques de rat. Comme elles se contractent constamment, il n'est pas possible d'en contrôler le mouvement. Les chercheurs ont alors décidé d’utiliser des cellules de muscle squelettique qui peuvent réagir à des impulsions électriques. Dans la vidéo, ce second biobot apparaît à la cinquante-cinquième seconde. © Caroline Cvetkovic, Doug Litteken, Ritu Raman, YouTube

Des progrès rapides grâce à l’impression 3D

Deux plots servent à sertir la bande musculaire et le squelette d'hydrogel, de la même manière que les tendons fixent les muscles à l’os. Les plots font également office de pieds pour le biobot. La vitesse de déplacement est contrôlable en jouant sur la fréquence de l’impulsion électrique. Plus elle est élevée, plus le muscle se contracte vite et plus le biobot est rapide. « Ce projet est une première étape importante dans le développement et le contrôle de machines biologiques qui peuvent être stimulées, entraînées ou programmées pour effectuer une tâche », explique Caroline Cvetkovic, étudiante chercheuse impliquée dans le projet. Ce système pourrait éventuellement évoluer vers une génération de machines biologiques qui pourraient aider à l'administration de médicaments, la robotique chirurgicale, des implants intelligents ou des analyseurs environnementaux mobiles, parmi d'innombrables autres applications. »

Si l’enthousiasme est justifié, un long travail attend encore les chercheurs. L’objectif est d’affiner le système de contrôle afin d’obtenir des mouvements plus précis et variés. L'impression 3D sera en cela très précieuse car elle permet de tester rapidement différentes formes. L’autre piste qui sera explorée consiste à utiliser des neurones afin de contrôler les mouvements du biobot avec de la lumière ou des réactions chimiques. « Notre objectif est que ces appareils puissent être utilisés comme des capteurs autonomes. Nous voulons qu’ils détectent un produit chimique spécifique et se dirigent vers lui puis libèrent des agents pour neutraliser la toxine. Maîtriser les déplacements est une grande étape vers cet objectif », estime le professeur Bashir.


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