Propulsion optimale: aider les robots nanométriques à mieux nager dans le corps humain

Des chercheurs de trois différents départements du Technion-Israël Institute of Technology ont achevé une étude interdisciplinaire qui révèle la configuration optimale des robots nanométriques capables de voyager dans le corps humain pour accomplir diverses tâches. Le modèle améliore utilisant le biomimétime ( inspirés par la nature) les modèles précédents inspirés par la nature.

Dirigée par le professeur Alex Leshansky du Département Wolfson - Génie chimique - du Technion, l'équipe de recherche composée de trois facultés du Technion ( le Département de mathématiques et le Département de physique) a analysé la configuration optimale des robots nanométriques conçus pour "nager" à travers le corps humain. Leurs résultats ont été récemment publiés dans le magazine Science Robotics.

Au cours de la dernière décennie, des groupes de recherche du monde entier ont travaillé à mettre  au point des robots nanométriques ou micrométriques capables de se déplacer dans un environnement liquide. Ces robots offrent diverses possibilités dans d'importantes applications biomédicales, y compris la délivrance de médicaments.

La conception de ces robots miniatures à pour origine les bactéries, qui se déplacent en utilisant des queues hélicoïdales minces appelées flagella. Lorsque le flagelle tourne dans le liquide, il crée une friction qui propulse la bactérie. Inspirés par ce mécanisme naturel, les groupes de recherche ont développé de minuscules spirales qui sont entraînées par un champ magnétique rotatif.

Bien que cette méthode offre un certain nombre d'avantages (y compris les exigences de faible puissance du champ magnétique), la création de ces spirales est compliquée. En conséquence, les chercheurs ont suggéré d'utiliser des grappes aléatoires de nanoparticules magnétiques en tant que «nageurs» minuscules. Ces grappes peuvent être facilement fabriquées en utilisant un processus d'agrégation simple. Mais dans l'article publié dans Science Robotics , les chercheurs du Technion démontrent que cette approche ne donne pas de résultats optimaux. 

Dans le cadre de leur étude, les chercheurs ont développé une théorie pour calculer la vitesse optimale de ces " nageurs magnétiques" en fonction de leur forme et de leur aimantation. En conséquence, ils peuvent maintenant calculer la vitesse maximale possible des grappes aléatoires, et la forme optimale pour ces minuscules nageurs. Contrairement aux attentes, ils ont trouvé que la fine spirale inspirée par la nature n'est pas la forme optimale, mais plutôt un arc épais avec des extrémités torsadées. Cette hélice optimale se déplaçait beaucoup plus vite que les grappes aléatoires précédemment développées.

Selon le professeur Leshansky, les résultats de l'étude conduiront au développement de microrobots plus efficaces: «La plupart des chercheurs dans ce domaine supposent que la forme hélicoïdale biomimétique des minuscules dispositifs de nage est la forme optimale. À notre grande surprise, nous avons découvert que la forme optimale est plutôt différente de l'hélice et que nous avons pu démontrer une structure plus efficace. "

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