Les principes de base de l'origami ont changé la façon dont les ingénieurs biomédicaux envisagent leur travail.
Greenberg s'intéressait aux mécanismes souples, c'est-à-dire aux objets dont le mouvement provient de la flexion, du pliage et de la torsion. L'un de ses meilleurs amis était un prodige de l'origami qui lui a enseigné quelques techniques de base. Certaines personnes lisent beaucoup d'articles pour leurs études supérieures. Moi, j'ai plié beaucoup de papier, dit Mme Greenberg.
Des figurines colorées de T-rex et de Venus flytrap, ainsi que des livres de modèles d'origami, ont commencé à peupler les étagères du laboratoire. Et Mme Greenberg, ainsi que ses professeurs, ont réalisé que l'art ancien du pliage du papier pouvait s'appliquer à d'autres domaines, notamment à la conception d'instruments et de dispositifs médicaux.
C'était un mariage entre l'art et l'ingénierie, une pratique vieille de 1000 ans appliquée à une technologie de pointe. Les artistes de l'origami ont découvert de nouvelles façons de faire les choses que nous n'aurions jamais découvertes avec les méthodes utilisées depuis toujours, explique Larry Howell, professeur d'ingénierie mécanique et vice-président académique associé de la BYU.
Lorsque M. Greenberg est entré dans le laboratoire en 2010, des scientifiques et des ingénieurs du monde entier utilisaient déjà les principes de l'origami - principalement l'idée qu'un objet de grande taille pouvait être plié en une forme compacte, puis rallongé - pour concevoir des airbags automobiles et des boucliers de fusée.
Le docteur Zhong You, aujourd'hui professeur de sciences de l'ingénieur à l'université d'Oxford, avait travaillé sur une endoprothèse cardiaque pliable pour traiter les anévrismes aortiques, qui utilisait les principes de l'origami pour se plier d'un diamètre de 30 mm à un maigre 7-9 mm pour faciliter l'insertion, puis se déployait dans toute sa taille une fois dans l'aorte.
Et Robert J. Lang, docteur en physique et expert en origami de renommée mondiale, avait conçu une pochette pour instruments médicaux, utilisant l'origami pour plier un matériau plat afin que les surfaces stériles n'entrent pas en contact avec les surfaces non stériles lors de son utilisation. M. Lang consultait des agences gouvernementales, des entreprises privées et des universités, dont la BYU, sur les moyens d'appliquer les principes et techniques de l'origami à toute une série de projets.
Ce que l'origami apporte à la médecine et à d'autres domaines, c'est le changement de forme déterministe, explique M. Lang, c'est-à-dire des dispositifs qui changent de forme de manière spécifique et intentionnelle plutôt que de se froisser comme une chemise rangée dans un tiroir. L'origami étant de plus en plus reconnu et faisant partie de la boîte à outils des ingénieurs, de plus en plus de personnes travaillant sur des problèmes médicaux l'ont vu et ont fait ce lien : Oh, ça pourrait être utile.
La National Science Foundation (Fondation nationale des sciences) a capté l'engouement et, au début des années 2010, a financé une série de subventions liées à l'origami : un atelier d'une journée sur la conception de l'origami ADN, un projet sur l'origami intelligent programmable et un autre, à BYU, sur l'application des principes de l'origami aux matériaux autres que le papier.
L'équipe de la BYU a créé un soufflet de style origami pouvant servir de gaine stérile au bras courbe d'un appareil à rayons X lorsqu'il est pivoté dans différentes directions. Ils ont utilisé l'origami pour concevoir une couche pour adulte mieux ajustée, épousant les courbes du corps.
L'un des premiers modèles avec lesquels nous avons joué était appelé "chomper", explique Spencer Magleby, professeur de génie mécanique à BYU et doyen associé de l'enseignement supérieur. Un chomper en origami ressemble à un bec ou à une bouche ; lorsqu'on le presse par les côtés, il s'ouvre et se ferme comme s'il mordait.
Le même principe pourrait être utilisé pour fabriquer un minuscule instrument pour la chirurgie laparoscopique, actionné à l'aide d'un câble pour se pincer en vue de l'insertion, puis ouvert et manipulé une fois à l'intérieur du corps. L'équipe de la BYU l'a appelé oriceps (pince chirurgicale inspirée de l'origami).
À l'université d'État de Pennsylvanie, où Mary Frecker, Ph. D., dirige le Center for Biodevices, son équipe a commencé à travailler sur un dispositif pouvant être inséré dans un endoscope pour traiter les tumeurs abdominales par ablation par radiofréquence C un courant électrique qui fait vibrer, chauffer et mourir les cellules tumorales.
L'équipe de Freckers a utilisé des techniques d'origami pour fabriquer un embout de sonde composé de minuscules aiguilles qui pourraient se compacter pour être insérées, puis se déployer comme une queue de paon en 3D une fois dans la tumeur. Ils l'ont appelé la chimère, un mot grec désignant une créature composée de parties incongrues.
Ces dispositifs inspirés de l'origami présentent certains avantages par rapport aux instruments traditionnels : la simplicité de leur conception permet de réduire le nombre de pièces mobiles et les possibilités pour les bactéries de se loger dans les charnières ou les articulations, ainsi que les coûts de fabrication.
Si les instruments médicaux et les stents pouvaient être plus petits, les interventions chirurgicales elles-mêmes seraient moins invasives et moins perturbatrices pour le corps ; la guérison pourrait être plus rapide et moins compliquée.
L'application [de l'origami en médecine] a augmenté de concert avec l'essor de la chirurgie laparoscopique, explique M. Lang. Vous voulez entrer par un tout petit trou ; une fois à l'intérieur, vous voulez vous déployer, que ce soit à l'aide de stents qui écartent un vaisseau sanguin ou de rétracteurs qui s'ouvrent pour écarter les organes. C'est là que l'origami a joué un rôle.
L'utilisation de l'origami dans les applications médicales présente également des difficultés. L'origami traditionnel est basé sur l'utilisation du papier, mais les dispositifs destinés à être utilisés dans le corps doivent être fabriqués dans des matériaux biocompatibles.
Vient ensuite la question de l'activation. Comment allez-vous le faire bouger une fois qu'il aura atteint sa destination ? demande M. Lang. S'agit-il d'un moteur, d'un levier, d'une activation électrique ? Certains dispositifs inspirés de l'origami se déploient lorsqu'ils atteignent une certaine température, mais cette température doit également être compatible avec le corps humain.
Greenberg a quitté BYU il y a 10 ans et travaille maintenant dans le développement commercial chez Chevron. Ses expériences d'origami se limitent à plier des serviettes avec ses enfants pendant qu'ils attendent le dîner dans un restaurant chinois.
Mais dans le monde entier, à Oxford, Penn State et BYU, dans des laboratoires en Israël, en Chine, au Japon et ailleurs, des chercheurs continuent d'explorer comment l'origami pourrait s'appliquer à des dispositifs et procédures médicaux : une feuille biocompatible pliée contenant des médicaments de chimiothérapie qui pourrait se déployer à l'intérieur du corps ; un stent minuscule, de 0,5 mm de diamètre seulement, pour traiter le glaucome ; et une branche de la nanotechnologie de l'ADN qui consiste à tricoter l'ADN en structures 3D qui pourraient être utilisées, par exemple, pour la bio-imagerie et l'administration intelligente de médicaments, en apportant la chimiothérapie directement dans les cellules cancéreuses cibles.
L'intérêt pour les dispositifs médicaux inspirés de l'origami s'est considérablement accru au cours de la dernière décennie, explique M. Frecker, dont l'équipe travaille actuellement sur un produit inspiré de l'origami pour protéger les médecins qui pratiquent des chirurgies des sinus de l'exposition aux gouttelettes d'aérosol de leurs patients.
À l'heure actuelle, la plupart des applications médicales inspirées de l'origami en sont encore au stade de la recherche ou du prototype. Il faut parfois des années pour lever des fonds, susciter l'intérêt d'un fabricant et obtenir l'approbation de la FDA. Les laboratoires se transforment progressivement en entreprises, explique M. Howell. Cela prend du temps.
Les principes de base de l'origami C dériver le mouvement à partir du plissage et du dévissage ; convertir quelque chose de plat en quelque chose de tridimensionnel ; réduire quelque chose de grand à quelque chose de petit en le pliant ; utiliser des techniques simples pour obtenir des résultats complexes C ont changé la façon dont les ingénieurs biomédicaux voient leur travail.
Pour Mme Frecker, ces concepts ont également changé sa façon de voir le monde. Je n'avais jamais réalisé à quel point l'origami était omniprésent avant de commencer à travailler dessus dans le cadre de mes recherches, dit-elle. Il est partout.
