Inspirés par le mouvement élégant et très efficace d’une pastenague (raie), des chercheurs ont créé son équivalent robotique en utilisant des cellules du coeur d’un rat qui peuvent être contrôlé par la lumière.

Les raies sont immédiatement reconnaissables par leurs corps plats et leurs longues nageoires qui ressemblent à des ailes s’étendant de leurs têtes. Ces ailettes se déplacent de manière à générer le plus de mouvement tout en utilisant le moins d’énergie possible. Ces ondes économes en énergie partent de l’avant de la nageoire vers l’arrière, ce qui permet aux raies de glisser gracieusement dans l’eau.

Inspiré par cette conception de la nature, Sung-Jin Park de l’université d’Harvard cherchait à construire un robot miniature constitué de tissus mous avec des qualités et une efficacité similaires. Son équipe a fabriqué des squelettes en or qui imitent la forme d’une raie et ils ont ensuite été recouverts d’une fine couche de polymère extensible.

Le long des nageoires du robot, les chercheurs ont placé des cellules musculaires de rat, appelé cardiomyocytes qui, lorsqu’elles sont stimulées, contractent les ailettes vers le bas. Au lieu d’utiliser une deuxième couche de cardiomyocytes pour le mouvement ascendant, les chercheurs ont plutôt conçu le squelette en or dans une forme qui permet de stocker de l’énergie qui est libérée lorsque les cellules se détendent, ce qui permet aux ailettes de remonter.

Chacune de ces cellules a été génétiquement modifiée pour répondre à la lumière, ce qui signifie que les chercheurs pouvaient contrôler le mouvement du robot à l’aide de signaux/ flash lumineux. Des impulsions asymétriques de lumière peuvent être utilisées pour faire tourner le robot vers la gauche ou la droite et différentes fréquences de lumière peuvent être utilisées pour contrôler sa vitesse.

La méthode fonctionne assez bien pour guider le robot à travers un parcours d’obstacles de base. La raie robotique, contenant environ 200 000 cardiomyocytes, fait 16 millimètres de long et pèse seulement 10 grammes.

Comparaison entre une vraie raie, à droite, et son petit équivalent robotique. (Karaghen Hudson)

Cette recherche visait principalement à mieux comprendre le cœur et la façon dont les différentes parties de l’anatomie peuvent aider à la circulation sanguine.

Selon les chercheurs :

À l’exception des crustacés, presque toutes les formes de vie marine ont des muscles conçus pour déplacer un fluide. Pour faire progresser nos études sur le cœur, nous avons commencé à observer les formes de vie marine et les pompes musculaires qu’elles représentent.

Ils espèrent ainsi acquérir une meilleure visibilité sur le fonctionnement du cœur et les maladies cardiaques humaines en modifiant/ détournant d’autres formes de pompes musculaires trouvées dans la nature.

Cette recherche pourrait également conduire à la conception de robots automatisés et semi-automatisés. Par exemple, ce robot est plus rapide que d’autres dispositifs semblables. Ses cellules fonctionnent à la fois comme actionneur et capteur. Les cellules musculaires vivantes sont beaucoup plus éconergétiques que les actionneurs synthétiques et ils peuvent être programmés.

Bien sûr, la biologie détournée n’est pas parfaite. L’inconvénient, dans l’utilisation de cellules en tant que matériau de construction, est qu’elles sont vulnérables, fragiles et elles finissent par mourir. Mais le potentiel de l’ingénierie tissulaire et de la robotique est énorme et ce cyborg n’est que les prémices de plus grandes et meilleures/ pires choses à venir.

La recherche publiée dans Science : Phototactic guidance of a tissue-engineered soft-robotic ray.