Des raies robotiques fabriquées avec du cœur de rat, des algues et des nageoires en plastique

Les scientifiques ont construit une raie robotique composée de cellules musculaires cardiaques de rat, d'un squelette d'or, de nageoires en plastique et de protéines d'algues activées par la lumière, car pourquoi pas ?

Sung-Jin Park a dirigé le projet, qui est décrit aujourd'hui dans le journal La science . Il dit que les minuscules robots de 16 millimètres de long prennent environ une semaine à fabriquer, principalement en raison du temps nécessaire à la croissance des cellules du muscle cardiaque dans la moisissure des raies. Park est un scientifique du laboratoire de Kevin Kit Parker à l'Université de Harvard, qui a fait il y a quatre ans un robot méduse biohybride . La méduse était impossible à contrôler, dit Park, un défi qu'il a surmonté avec la raie pastenague relativement agile.

La raie robotique est propulsée vers l'avant lorsqu'elle est stimulée par des éclats de lumière LED.

Sung-Jin Park et ses collègues ont modélisé leur robot biohybride d'après le mouvement ondulant du petit patin vu ici.

Les rayons sont un modèle idéal pour la prochaine génération de véhicules sous-marins autonomes, déclare Keith Moored, ingénieur en mécanique de l'Université Lehigh à Bethlehem, en Pennsylvanie. Les raies manta sont des nageurs très efficaces, dit Moored, et la modélisation de leur glisse sous-marine pourrait fournir un moyen prometteur de conserver l'énergie. Le robot de Park est basé sur une espèce de raie différente, mais les mêmes principes s'appliquent.

Les raies robotiques sont fabriquées en quatre couches sur un moule en titane. Une couche de polymère extensible est découpée au laser en forme de galuchat, suivie d'un mince squelette doré. Celui-ci est recouvert d'une deuxième couche extensible avant que les cellules du muscle cardiaque ne soient ensemencées.

Lorsque les cellules du muscle cardiaque sont activées, le signal de contraction se propage dans les cellules en ligne. Park a aligné les cellules qu'il a obtenues d'un cœur de rat selon un motif en zigzag serpentin le long des nageoires de la raie. Cela permet aux ailerons de se déplacer dans des ondulations ondulatoires lorsque la contraction se propage de l'avant vers l'arrière.

Bien sûr, la raie robotique n'est pas une réplique parfaite de la vraie affaire. Les muscles du robot ne peuvent se contracter que vers le bas. Les vraies raies ont une deuxième couche musculaire pour les gros coups vers le haut, tandis que le robot utilise l'énergie élastique du squelette en or pour remettre ses nageoires en place. C'est pourquoi nous pensons qu'il existe un écart de performances, et l'ajout d'une deuxième couche pourrait combler cet écart, déclare Park.

Les muscles sont contrôlés par la lumière grâce à une technique connue sous le nom d'optogénétique. Ici, le gène d'une protéine dérivée d'algues est inséré dans les cellules musculaires. La lumière bleue amène cette protéine à activer le tissu musculaire.

Ce type de biobot a déjà été fabriqué, mais la raie de Park montre une plus grande maniabilité. Park a guidé le robot avec des lumières LED à travers un simple parcours d'obstacles, montrant que la raie surpasse les autres robots biohybrides en termes de vitesse, de distance et de durabilité. Pourtant, les raies pastenagues ne sont pas exactement des nageuses olympiques, ne parcourant que 1,5 millimètre par seconde dans un parcours d'obstacles de 250 millimètres.

Quant à savoir pourquoi quelqu'un voudrait une petite raie robotique, Park dit qu'il s'intéresse simplement au modèle biologique, à la fabrication de ces circuits et à la conception d'une voie de signalisation. Développer des modèles sur la façon dont les tissus cardiaques artificiels se contractent peut également aider à développer de futurs organes artificiels.

Moored dit que l'utilisation de vrais muscles biologiques peut conduire à une signature sonore exceptionnellement silencieuse par rapport à d'autres technologies. Ceci est important pour une gamme d'applications allant de la production de véhicules de reconnaissance furtifs au développement de dispositifs capables de suivre les espèces de manière non invasive et d'observer leurs comportements, dit-il.

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