Les sous-marins imiteront les poissons

Une succession de capteurs mime la ligne latérale des poissons et peut déterminer la direction d'une vibration, ce qui reste très modeste comparé aux fonctions de l'organe réel chez l'animal. Crédit : MNTR/Université de l'Illinois, Urbana-Champaign. 

Pour équilibrer leur nage tout autant que pour détecter les obstacles et les sons, la plupart des poissons, ainsi que les batraciens aquatiques, possèdent un organe remarquable, appelé la ligne latérale. A l'œil nu, on repère assez facilement cette succession linéaire de petits points allant pratiquement de la tête à la queue. Ce sont de minuscules orifices qui communiquent avec des groupes de cellules sensorielles ciliées, les neuromastes. Elles sont sensibles aux variations de pression, même minimes. Grâce à ses deux lignes latérales, le poisson équilibre sa nage, mesure sa vitesse, ressent l'obstacle ou le prédateur quand il s'approche (à la manière des vibrisses des chats) et repère une source sonore (les poissons n'ont pas d'oreilles).

Sur le flanc d'un poisson, un alignement d'organes sensoriels mesure en permanence les variations de pression. Crédit : MNTR/Université de l'Illinois, Urbana-Champaign. 

Ces caractéristiques remarquables ont inspiré des électroniciens de l'université de l'Illinois Urbana-Champaign. De leur part, ce n'est pas une brutale illumination. Depuis des années, Chang Liu et son équipe cherchent à réaliser des capteurs sensoriels en tout genre imitant ce qu'a déjà fait la nature. Ils font appel aux systèmes micro-électroniques (Micro-Electro-Mechanical Systems, MEMS) et aux nanotechnologies.

Poils électroniques

Pour réaliser des neuromastes artificiels, les chercheurs ont utilisé les techniques de gravure de circuits à semi-conducteurs. Les minuscules pièces destinées à devenir l'équivalent du cil de la véritable cellule sensorielle sont réalisées dans un matériau magnétique. A la dernière étape de la fabrication, un champ magnétique les contraint à pivoter pour les redresser.

Miniatures, ces capteurs fonctionnent comme des cellules ciliées : les mouvements de l'air ou de l'eau font bouger les petites structures dressées et le circuit envoie un signal. Crédit : MNTR/Université de l'Illinois, Urbana-Champaign. 

Chacun de ces capteurs de variations de pression mesure 400 microns de large et 600 de haut. Seize d'entre eux, séparés d'un millimètre, ont été alignés pour former un prototype de ligne latérale, qui a été mis à l'épreuve. Résultat convaincant : cet organe artificiel a localisé une source de vibrations sonores et a repéré une onde de sillage, de la même allure que celle générée par une hélice.

Chang Liu, qui admet que la nature a toujours une longueur d'avance sur les ingénieurs, pense que la réalisation de ce genre de système « bioinspirés » peut faire progresser à la fois la biologie et l'ingénierie. Il voit de l'avenir pour sa ligne latérale artificielle et espère qu'au prix de quelques avancées supplémentaires, « des véhicules sous-marins pourraient se forger une image hydrodynamique de leur environnement ».