Les robots du bout des doigts sont en passe de devenir les futurs sauveteurs de la médecine
Des robots minuscules vont permettre de mieux cibler l'administration des médicaments dans le secteur de la santé
Si vous avez déjà avalé le même comprimé rond dans l'espoir de guérir toutes sortes de maux, des crampes d'estomac aux maux de tête, vous savez déjà que les médicaments ne sont pas toujours conçus pour traiter des points douloureux précis. Alors que les pilules en vente libre soignent de nombreux maux depuis des décennies, les chercheurs en biomédecine n'ont commencé que récemment à explorer les moyens d'améliorer l'administration ciblée des médicaments pour traiter des pathologies plus complexes, comme les maladies cardiovasculaires ou le cancer.
Un millirobot en origami avec une propulsion par rotation.
Zhao Lab
Le millirobot est une innovation prometteuse dans ce domaine en plein essor de la biomédecine. Ces robots de la taille d'un doigt sont en passe de devenir les futurs sauveurs de la médecine : ils sont capables de ramper, de tourner et de nager pour pénétrer dans des espaces étroits afin d'en étudier le fonctionnement interne ou de distribuer des médicaments.
À la tête de la recherche dans ce domaine, Renee Zhao, ingénieur en mécanique de l'université de Stanford, travaille sur plusieurs modèles de millirobots à la fois, dont un robot magnétique rampant, que l'on a récemment vu se frayer un chemin dans un estomac en couverture de Science Advances. Alimentés par des champs magnétiques - qui permettent un mouvement continu et peuvent être appliqués instantanément pour générer un couple et modifier la façon dont les robots se déplacent - ses robots peuvent sélectionner eux-mêmes différents états de locomotion et surmonter des obstacles dans leur corps. En modifiant simplement la force et l'orientation du champ magnétique, l'équipe de Zhao peut envoyer le robot naviguer sur le corps à des distances correspondant à dix fois la longueur du robot en un seul bond.
Aspect essentiel de ses recherches, l'actionnement magnétique permet également un contrôle sans fil pour un fonctionnement non invasif et sépare l'unité de contrôle du dispositif pour permettre sa miniaturisation. Mme Zhao a déclaré que le robot le plus récent, présenté ce mois-ci dans Nature Communications, est "le robot sans fil le plus robuste et le plus multifonctionnel que nous ayons jamais mis au point".
Ce nouveau "millirobot origami amphibie sans fil à rotation" est aussi multifonctionnel que son nom l'indique. Il s'agit d'une unité unique élégamment conçue, capable de se déplacer rapidement sur les surfaces glissantes et irrégulières d'un organe et de nager dans les fluides corporels, se propulsant sans fil tout en transportant des médicaments liquides. Contrairement aux pilules que l'on avale ou aux liquides que l'on injecte, ce robot retient le médicament jusqu'à ce qu'il "atteigne la cible, puis libère un médicament à haute concentration", a expliqué M. Zhao, qui est professeur adjoint d'ingénierie mécanique. "C'est ainsi que notre robot parvient à administrer un médicament de manière ciblée".
Remodeler l'administration des médicaments
Selon M. Zhao, ce robot amphibie particulier va au-delà de la conception de la plupart des robots basés sur l'origami, qui utilisent uniquement la pliabilité de l'origami pour contrôler la morphologie et les mouvements du robot.
En plus d'étudier comment le pliage pourrait permettre au robot d'effectuer certaines actions - imaginez un pliage en accordéon pour extraire des médicaments - l'équipe de Zhao a également examiné comment les dimensions de la forme exacte de chaque pli influençaient le mouvement rigide du robot lorsqu'il n'était pas plié. En conséquence, la forme dépliée du robot se prête naturellement à la propulsion dans l'environnement. Ces considérations d'ordre général ont permis aux chercheurs de tirer un meilleur parti des matériaux sans les encombrer - et dans le monde de Zhao, plus la structure unique du robot est fonctionnelle, moins la procédure médicale est invasive.
Un autre aspect unique de la conception du robot est la combinaison de certaines caractéristiques géométriques. Un trou longitudinal au centre du robot et des fentes latérales inclinées sur les côtés réduisent la résistance à l'eau et aident le robot à mieux nager. "Cette conception induit une pression négative dans le robot pour une nage rapide et assure en même temps une aspiration pour la collecte et le transport de la cargaison", a déclaré Zhao. "Nous tirons pleinement parti des caractéristiques géométriques de ce petit robot et explorons cette structure unique pour différentes applications et pour différentes fonctions."
Sur la base de conversations avec des experts du département de médecine de Stanford, le laboratoire de Zhao réfléchit à la manière d'améliorer les traitements et les procédures actuels en créant de nouvelles technologies. Si les travaux de Zhao se poursuivent, ses robots ne constitueront pas seulement un moyen pratique de distribuer efficacement des médicaments, mais pourraient également être utilisés pour transporter des instruments ou des caméras dans le corps, ce qui changerait la façon dont les médecins examinent les patients. L'équipe travaille également sur l'utilisation de l'imagerie par ultrasons pour suivre les déplacements des robots, ce qui éviterait d'avoir à ouvrir les organes.
Plus c'est petit et plus c'est simple, mieux c'est
Même si nous ne verrons pas de millirobots comme celui de Zhao dans de véritables établissements de soins de santé avant d'en savoir plus sur la conception optimale et les meilleures pratiques en matière d'imagerie, le nageur du laboratoire, premier du genre, présenté dans Nature Communications, fait partie des robots les plus avancés. Il en est actuellement aux phases d'essai qui précèdent les tests sur des animaux vivants et les essais cliniques sur l'homme.
Entre-temps, l'équipe de Mme Zhao continue de combiner une variété de nouveaux matériaux et structures intelligents dans des modèles uniques qui, en fin de compte, forment de nouveaux dispositifs biomédicaux. Elle prévoit également de continuer à réduire l'échelle de ses robots pour faire avancer la recherche biomédicale à l'échelle microscopique.
En tant qu'ingénieur, Mme Zhao s'efforce de développer les structures les plus simples mais les plus fonctionnelles. Son robot amphibie illustre bien cette mission, puisqu'il a incité son équipe à prendre davantage en considération les caractéristiques géométriques auxquelles les autres chercheurs en matière de robots en origami ne donnent pas encore la priorité. "Nous avons commencé à étudier la façon dont tous ces éléments fonctionnent en parallèle", a déclaré Mme Zhao. "C'est un point très unique de ce travail, et il a également une large application potentielle dans le domaine biomédical."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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