Les mini-robots arrivent-ils dans un hôpital près de chez vous ?
Par Mary Brophy Marcus
Le 2 août 2022 - Imaginez que vous soyez transporté sur roues dans la salle d'opération où votre équipe chirurgicale vous attend - le chirurgien, l'anesthésiste et... un minuscule robot-crabe.
Des scientifiques de l'université Northwestern ont construit un crabe robot ultra-petit qui pourrait un jour accomplir des tâches chirurgicales délicates - pénétrer dans votre corps pour suturer de petites artères rompues, dégager des artères bouchées ou traquer des tumeurs cancéreuses.
Ce crabe à six pattes et d'un demi-millimètre de large, décrit dans un récent numéro de Science Robotics, est le plus petit robot marcheur télécommandé au monde. Il peut se plier, se tordre, marcher et sauter et est commandé par un laser télécommandé.
C'est l'une des dernières avancées de la recherche qui s'étend sur une décennie et qui vise à créer des machines miniatures pour effectuer des tâches pratiques dans des endroits difficiles d'accès. Ce crustacé synthétique et d'autres "microrobots" pourraient aider les équipes chirurgicales plus tôt que vous ne le pensez, grâce aux progrès de la robotique et de la science des matériaux. Mais que doit-il se passer avant que ce futur ne devienne réalité ?
La fabrication d'un crabe robot
La fabrication d'un robot crabe de la taille d'une puce est " assez simple ", explique l'ingénieur en bioélectronique John Rogers, PhD, qui a dirigé les recherches. "Il se compose de trois types de matériaux : un polymère, un alliage à mémoire de forme et du verre".
Le polymère, un matériau ressemblant à du plastique, est utilisé en microélectronique. Le deuxième composant, l'alliage métallique à mémoire de forme, est lié au polymère pour constituer les articulations et les jambes. Le troisième composant est une fine couche de verre appliquée sur toute la surface extérieure du corps du robot.
"Le verre constitue un exosquelette. Il confère une certaine rigidité à l'ensemble du corps du robot", explique M. Rogers.
L'opérateur du robot pointe un laser sur un point précis du crabe, déclenchant un mécanisme thermique qui fait bouger le robot.
"En l'éclairant sur certains membres, nous pouvons créer une démarche spécifique", explique M. Rogers, qui précise que la chaleur "déplie" le crabe. Lorsque le robot refroidit, il reprend sa forme initiale. Ce pliage et ce dépliage créent la locomotion - le crabe marche.
Rogers attribue à ses étudiants le mérite d'avoir choisi le crabe - ils aimaient la façon dont il se déplaçait latéralement - mais il ajoute que n'importe quelle créature pourrait probablement être réduite.
Comment utiliserons-nous les petits robots en médecine ?
Si Rogers hésite à vendre trop fort toute utilisation médicale spécifique, les applications chirurgicales semblent les plus prometteuses pour cette technologie. Pour une utilisation dans les profondeurs du corps humain, dit Rogers, " vous auriez probablement besoin d'un nageur - comme un poisson. D'autres groupes travaillent sur des nageurs".
Renee Zhao, PhD, professeur adjoint d'ingénierie mécanique à l'université de Stanford, est l'un de ces scientifiques. Dans un nouvel article de la revue Nature Communications, elle et ses collègues présentent leur "millirobot amphibie en origami, sans fil et capable de tourner sur lui-même". (Dites-le cinq fois rapidement).
Le mini-robot - de la taille d'un bout de doigt - ressemble à un minuscule cylindre et présente un motif inspiré de l'origami qui se tord et se déforme. Il glisse dans un liquide visqueux et sur des surfaces et des masses glissantes (comme des organes humains), roulant, se retournant et tournant à l'aide d'un aimant à distance. Le pliage et le dépliage du cylindre servent de mécanisme de pompage et peuvent être utilisés pour l'administration ciblée d'un médicament liquide. Il pourrait, par exemple, transporter des médicaments dans le corps pour aider à arrêter une hémorragie interne, explique Zhao.
"Nous améliorons le système en le réduisant davantage pour des applications biomédicales dans des environnements plus étroits, comme dans les vaisseaux sanguins", ajoute-t-elle.
Dans leur article, Zhao et ses coauteurs notent également que des mini-caméras et des mini-pinces pourraient être placées dans les millirobots pour effectuer des procédures d'endoscopie et de biopsie, ce qui, en théorie, pourrait comporter moins de risques pour les patients que les techniques actuelles.
Mais il y a eu beaucoup d'essais et d'erreurs pendant la phase de conception du robot, explique Zhao.
"La partie la plus délicate est d'avoir une performance de nage optimisée", dit-elle, car la densité du robot doit être très proche de la densité du liquide dans lequel il "nage".
Et ensuite ?
Pour l'instant, le robot amphibie de Zhao en est encore aux étapes d'essai qui précèdent les tests sur les animaux. S'il franchit ces obstacles, il fera l'objet d'essais cliniques sur l'homme.
Cela signifie qu'il faudra probablement des années avant que les cylindres nageurs - ou les crabes robots, d'ailleurs - aident les équipes de chirurgie cardiaque ou suturent des organes.
"Il s'agit d'un travail exploratoire précoce", précise M. Rogers. "Nous essayons d'introduire des idées dans le cadre d'une communauté plus large de chercheurs qui s'intéressent aux technologies de la micro-robotique, dans l'espoir qu'avec le temps, ces technologies déboucheront sur des utilisations cliniques pratiques à des fins chirurgicales. Il s'agit en grande partie d'un point de départ."
