Quand faire un détour est plus rapide

Nouvelles stratégies de navigation pour les nageurs microscopiques

11.10.2022 - Allemagne

La navigation optimale autonome de micro-nageurs est en fait possible, comme l'ont montré des chercheurs de l'Institut Max Planck pour la dynamique et l'auto-organisation (MPI-DS). Contrairement à la navigation ciblée des bateaux, le mouvement des nageurs à l'échelle microscopique est fortement perturbé par des fluctuations. Les chercheurs ont maintenant décrit une stratégie de navigation pour les micro-nageurs qui ne nécessite pas d'interprète externe. Leurs résultats pourraient contribuer à la compréhension des mécanismes de transport dans le microcosme ainsi qu'à des applications telles que l'administration ciblée de médicaments.

Si le chemin le plus court entre deux points est une liaison rectiligne, ce n'est pas forcément la voie la plus efficace à suivre. Des courants complexes affectent souvent le mouvement des micro-nageurs et leur rendent difficile l'atteinte de leur destination. En même temps, l'utilisation de ces courants pour naviguer aussi vite que possible constitue un certain avantage évolutif. Alors que ces stratégies permettent aux micro-nageurs biologiques de mieux accéder à la nourriture ou d'échapper à un prédateur, les microrobots pourraient ainsi être dirigés vers des tâches spécifiques.

La trajectoire optimale dans un courant donné peut facilement être déterminée mathématiquement, mais les fluctuations perturbent le mouvement des micro-nageurs et les dévient de la route optimale. Ils doivent donc réajuster leur mouvement afin de tenir compte des changements environnementaux. Cela nécessite généralement l'aide d'un interprète externe et leur enlève toute autonomie.

"Grâce à l'évolution, certains micro-organismes ont développé des stratégies autonomes qui permettent un mouvement dirigé vers une plus grande concentration de nutriments ou de lumière", explique Lorenzo Piro, premier auteur de l'étude. Inspirés par cette idée, les chercheurs du Département de physique de la matière vivante du MPI-DS ont conçu des stratégies qui permettent aux micro-nageurs de naviguer de manière optimale et quasi autonome.

La lumière comme guide pour la navigation autonome

Lorsqu'un interprète externe définit le modèle de navigation, les micro-nageurs suivent en moyenne un chemin bien défini. Il est donc judicieux de guider les micro-nageurs le long de cette trajectoire dans le courant. Ceci peut être réalisé de manière autonome via des stimuli externes, malgré la présence de fluctuations. Ce principe pourrait être appliqué aux nageurs qui réagissent aux variations de lumière, comme certaines algues, auquel cas le chemin optimal peut être simplement éclairé. De façon remarquable, les performances obtenues sont comparables à une navigation supervisée de l'extérieur. "Ces nouvelles stratégies peuvent d'ailleurs aisément être appliquées à des scénarios plus complexes comme la navigation sur des surfaces courbes ou en présence de courants aléatoires", conclut Ramin Golestanian, directeur du MPI-DS.

Les applications possibles de l'étude vont donc de l'administration ciblée de médicaments à l'échelle microscopique à la conception optimale de micromachines autonomes.

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.