L'hydrogel à mémoire de forme et multifonction. © Paul, Adobe Stock

Santé

Cet hydrogel est capable d'apprendre et d'oublier comme un cerveau humain

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Des chercheurs de l'université d'Hokkaidō ont récemment mis au point un hydrogel capable d'imiter certaines fonctions du cerveau. Tout comme nous, il peut apprendre et oublier des informations.

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[EN VIDÉO] Cet objet imprimé en 4D prend sa forme dans l'eau  Des objets fabriqués sur mesure mais qui changent de forme une fois plongés dans l’eau : c'est le curieux procédé d’impression « 4D » développé par des scientifiques de l'institut Wyss et de Harvard (États-Unis). Des fibres de cellulose, savamment disposées, gonfleront de manières différentes selon les endroits (Anisotropic swelling). Prédictible, le phénomène permet de faire naître des formes cachées. 

Ainsi que l'a démontré une récente étude, l'être humain n'a pas le monopole de la cognition. Néanmoins, s'il était déjà acquis pour la plupart d'entre nous que les animaux étaient eux aussi en mesure de formuler des pensées construites, l'idée qu'un morceau d'hydrogel soit capable d'imiter certaines fonctionnalités de notre cerveau est autrement plus exotique. C'est pourtant le tour de force que sont parvenus à réaliser des chercheurs de l'université d'Hokkaidō.

Un outil multifonction

Les hydrogels sont des matériaux flexibles composés, comme leur nom l'indique, d'une part importante d'eau contenue dans une architecture de chaînes de polymères hydrophiles. Présentés pour la première fois au XIXe siècle, les hydrogels possèdent des qualités qui en font des alliés de taille dans des domaines aussi variés que la médecine, l'agriculture ou encore la physique quantique.

« Les hydrogels sont d'excellents candidats lorsqu'il s'agit d'imiter les fonctions biologiques car ils sont mous et aqueux comme des tissus humains, explique Jian Ping Gong, codirectrice de l'étude dont les résultats sont parus dans la revue PNAS. Nous sommes heureux de démontrer comment les hydrogels peuvent imiter certaines fonctions mémorielles des tissus cérébraux. »

L'hydrogel peut être utilisé dans le domaine de la santé. Ce morceau contient des nanotubes de carbone qui peuvent servir à détecter les molécules signalant le début d'une maladie. © Bryce Vickmark

Hydrogel à mémoire de forme

L'hydrogel utilisé pour l'étude, composé à 45 % d'eau, est placé entre deux plaques de plastique, celle du dessus ayant été préalablement évidée par endroits pour créer des formes (comme un avion) et des lettres (comme le mot GEL). L'ensemble est ensuite immergé dans un bain d'eau froide dans le but de le stabiliser, puis dans un bain chaud. Là, l'hydrogel peut se gorger d'eau au niveau des zones exposées (là où la plaque a été découpée), créant ainsi une impression en relief du motif sur sa surface (naissance du souvenir). De retour dans le bain froid, le motif devient opaque via un processus baptisé « frustration de structure » (consolidation du souvenir), puis l'hydrogel libère petit à petit toute l'eau qu'il a absorbée jusqu'à ce que le motif en arrive finalement à disparaître (oubli).

Plus l'hydrogel passe de temps dans le bain chaud (ou plus le bain est chaud), plus la marque du motif se révèle de manière intense dans le bain froid, et plus elle met longtemps à disparaître. « C'est comme chez les humains, commente Kunpeng Cui, le collaborateur de Gong. Plus vous passez de temps à apprendre quelque chose, ou plus le stimulus émotionnel est intense, plus il vous faut de temps pour oublier le souvenir. »

Le « souvenir » imprimé sur l'hydrogel est capable de résister à des variations de températures et même à un étirement physique poussé. L'hydrogel lui-même peut enregistrer plusieurs souvenirs d'intensités différentes à la fois. Les chercheurs ont en effet soumis chaque lettre du mot GEL à une exposition toujours plus importante, pour les voir ensuite disparaître de manière séquentielle une fois dans l'eau froide. « Le système de mémorisation de l'hydrogel, similaire à celui du cerveau, pourrait être exploré plus en avant pour des applications telles que la création de messages éphémères dans le domaine de la sécurité », conclut Cui.

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