Une mini-raie cybernétique téléguidée construite en muscles de rats

Une mini-raie cybernétique téléguidée construite en muscles de rats
Comparaison entre une petite raie robotisée miniature (16,3 mm de long pour seulement 10 grammes) pilotable à l'aide de rayons lumineux, et le poisson dont elle s'inspire (à gauche) ©Karaghen Hudson/Science

Une équipe de chercheurs a réussi a mettre au point un robot aquatique sur lequel ils ont fait pousser des muscles sensibles à des pulsations lumineuses.

« Ce robot vivant est clairement un tour de force » commente un biologiste de l’Université de Washington à Seattle, cité dans un article du magazine Science. En effet, ce travail réalisé par une autre équipe de chercheurs du  Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de Harvard est tout simplement stupéfiant.

Ces derniers ont réussi à fabriquer une véritable petite raie robotisée miniature (16,3 mm de long pour seulement 10 grammes) pilotable à l’aide de rayons lumineux. Ce robot mou est en effet constitué de quatre couches successives : un squelette d’or qui va contraindre les mouvements du robot est pris en sandwich entre deux couches de polymère élastique.

Une protéine « photo-activable » pour rendre les muscles sensibles à la lumière bleue

Sur cette triple couche sont ensuite soigneusement déposées de jeunes cellules musculaires prélevées sur des embryons de rats âgés de deux jours. Des molécules de fibronectine déposées sur le support permettent de guider la croissance des cellules de manière à orienter correctemement les futures fibres musculaires du robot.

Ces dernières, qui tirent leur énergie du milieu nutritif dans lequel baigne le robot, vont alors croître pendant une semaine jusqu’à former de petits muscles fonctionnels. Mais comment stimuler et contrôler leur contraction ? Grâce à une modification génétique préalable.

En effet, dans l’article décrivant sa réalisation, l’équipe explique avoir introduit dans les cellules un gène codant pour une protéine « photo-activable » qui rend les muscles sensibles à la lumière bleue.

Lorsque la lumière vient les frapper, les cellules se contractent et génèrent une ondulation de l’élastomère qui part de la tête du robot, vers son aiguillon caudal. A la manière des nageoires des raies, ce mouvement répétitif permet au robot de se déplacer vers l’avant à la vitesse de 3,2 millimètres par seconde, comme on peut le voir dans cette vidéo de présentation :

Et pour diriger ce robot raie, il suffit d’appliquer une fréquence lumineuse plus importante d’un côté, afin d’en accélérer les mouvements musculaires et ainsi changer la trajectoire du robot. On notera la présence d’une ingénieuse astuce technique.

En effet une fois contracté, un muscle reste normalement comme tel, tant qu’aucune action mécanique ne vient l’étirer à nouveau. C’est d’ailleurs la raison pour laquelle les muscles moteurs fonctionnent presque toujours par paire. Mais dans ce robot ce n’est pas le cas. C’est le squelette d’or de la machine qui agit comme un ressort et qui ramène alors mécaniquement le muscle à sa position initiale après sa contraction.

Si ces recherches ouvrent potentiellement la voie à la fabrication de machines biologiques, elles montrent surtout la faisabilité technique d’orienter la croissance et de piloter des fibres musculaires. Ces travaux sont donc un pas de plus vers un Graal de la médecine : la fabrication en laboratoire d’un véritable cœur fonctionnel.

 

Par Erwan Lecomte
Sciences & Avenir

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