Ce ver robotique pourrait se faufiler dans les artères de votre cerveau

Entre étonnant et profondément effrayants, de minuscules robots en forme de serpent pourraient bientôt être utilisés pour réaliser des opérations complexes au cerveau.

Dans une étude publiée cette semaine (lien plus bas), des chercheurs dirigés par l’ingénieur mécanicien Yoonho Kim du Massachusetts Institute of Technology (MIT), aux États-Unis, présentent la preuve de faisabilité d’un robot miniaturisé, souple et très flexible qui peut naviguer dans les capillaires tortueux et étroits du cerveau humain.

La forme générale de la machine n’est pas inhabituelle en soi. Elle fait partie d’une classe connue dans le jargon sous le nom de soft continuum robots (du domaine de la robotique molle) et, plus familièrement, sous le nom de robots-serpents. Des variantes sont déjà à l’essai pour une utilisation en chirurgie cardiaque.

Jusqu’à présent, cependant, des contraintes physiques et mécaniques ont entravé la miniaturisation. Les systèmes de propulsion, de direction et d’alimentation, comprenant des aimants rigides et des réseaux hydrauliques, ont limité les robots à des échelles centimétriques ou parfois millimétriques. Aussi impressionnants que soient ces exploits techniques, ils se traduisent quand même par des appareils beaucoup trop gros pour naviguer dans la délicate vascularisation du cerveau.

Un deuxième problème avec la structure du continuum souple est la friction. Tout comme un ver qui se déplace dans le sol, le robot frotte contre son environnement, ce qui génère de la chaleur et risque d’endommager les tissus.

La version conçue par Kim et ses collègues, cependant, contribue grandement à résoudre la plupart de ces problèmes. Le corps est constitué d’une matrice de polymère souple, qui peut être imprimée en 3D ou moulée par injection, dans laquelle est implantée un réseau de microparticules magnétiques. Les mini-aimants, activés de concert ou individuellement par un robot-chirurgien, peuvent être utilisés pour déterminer la direction.

Une peau d’hydrogel de quelques nanomètres d’épaisseur, faite de polymères réticulés, recouvre l’extérieur du robot. Les chercheurs affirment que dans les essais, le revêtement a réduit le frottement d’un ordre de grandeur par rapport aux produits existants.

L’absence de composants durs, de fils ou de poches remplis de liquide signifie que le serpent robot peut être produit à des échelles submillimétriques, de seulement quelques microns de longueur.

Pour démontrer son potentiel, les chercheurs ont construit un modèle à l’échelle virtuelle pour représenter le système vasculaire cérébral, plein d’angles, de voies sinueuses et d’obstacles sous la forme d’anévrismes simulés. Un substitut numérique du serpent robotique a pu passer à travers avec facilité, et il a également été en mesure de faire la démonstration d’un minuscule laser intégré, utilisé pour effectuer une chirurgie sur des éléments bloquants.

Kim et ses collègues constatent que les améliorations apportées à cette technologie permettent d’obtenir des machines télécommandées et orientables capables de relever les défis cliniques liés au traitement des lésions cérébrales d’une manière moins invasive que les approches chirurgicales actuelles. De plus, il permettra de traiter des lésions dans des endroits actuellement inaccessibles.

Jusqu’à présent, la recherche a été effectuée soit à l’aide de modèles informatiques, soit à l’aide d’échantillons de tissus. Les chercheurs admettent qu’il est nécessaire de procéder à d’autres essais, en particulier dans les domaines de la biocompatibilité et de la durée de vie mécanique, avant de pouvoir commencer les essais sur l’homme.

L’étude publiée dans Science Robotics : Ferromagnetic soft continuum robots et présentée sur le site du MIT : Robotic thread is designed to slip through the brain’s blood vessels.