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Les exosquelettes pliables, l’avenir de la microrobotique - Par : Hanen Hattab,

Les exosquelettes pliables, l’avenir de la microrobotique


Hanen Hattab
Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

Image d’entête achetée du site Isotck.com : elle est protégée par des droits d’auteur.

Le voyage d’un engin intelligent minuscule à l’intérieur du corps humain ne sera plus une fiction grâce à la technologie présentée dans cet article : la microrobotique. Ce domaine en effervescence veut, depuis déjà quelques années, conquérir le monde de l’infiniment petit et répondre aux enjeux de plusieurs domaines civils et militaires. La miniaturisation et l’autonomie structurelle font partie des objectifs de cette discipline. En effet, les microrobots seront plus efficaces lorsqu’ils seront dotés de mécanismes dépourvus d’actionneurs de mouvement et de structures porteuses légères.

Une équipe formée par des chercheurs du Kavli Institute, du Laboratory of Atomic and Solid State Physics et de la School of Applied and Engineering Physics à la Cornell University (New York) a créé un exosquelette autonome qui peut porter et augmenter la performance d’un composant électronique à l’échelle nanométrique.

De la microrobotique nommée Biomorph 

Cette technologie de microrobotique est conçue avec des matériaux biocompatibles et se caractérise par une structure pliable et biomorphique. Sa forme peut se contracter et se déplier sous l’effet de facteurs extérieurs. Son matériau et ses propriétés mécaniques ouvrent la voie à des applications dans la captation des données, la récolte d’énergie et l’interaction avec des systèmes biologiques à l’échelle cellulaire. En plus de sa flexibilité, cet exosquelette se caractérise par sa robustesse et sa conductivité électrique grâce aux propriétés nanométriques de ses parois. Il est capable de soulever une puce de silicium de 500 nanomètres d’épaisseur, de réagir à plusieurs types d’agents externes et de remplir des fonctions à des échelles temporelles et spatiales comparables à celles des microorganismes biologiques.  Des exosquelettes semblables ont été créés auparavant mais celui-ci se distingue par son matériau semi-conducteur pouvant participer à l’optimisation des capacités des composants électroniques qu’il porte.

Caractéristiques mécaniques et chimiques et procédé de fabrication

Comme le montre cette vidéo, la structure de l’exosquelette présente quatre unités triangulaires. En se pliant, ces dernières forment une pyramide. Lorsqu’il est déplié, l’exosquelette est trois fois plus grand qu’un globule rouge et trois fois plus petit qu’un gros neurone. Cette structure tétraédrique peut notamment donner forme à d’autres prismes et rhomboèdres, permettant ainsi de répondre aux contraintes fonctionnelles de différents types de microrobots. Les chercheurs ont montré, à titre d’exemple, qu’une puce d’identification par radiofréquence peut être montée sur la paroi d’un exosquelette cubique. Un microprocesseur Intel 4004 peut être logé à l’intérieur d’une structure pyramidale.

Dans son étude intitulée « Graphene-Based Bimorphs for Micron-Sized, Autonomous Origami Machines », l’équipe a présenté les caractéristiques et le processus de fabrication de cet exosquelette. L’article a été publié dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences PNAS du 12 novembre 2017.

La structure de l’exosquelette est fabriquée à partir de membranes multicouches ultraminces. Ces dernières sont faites de matériaux bidimensionnels qui réagissent à des stimuli chimiques, thermiques et électriques. Elles peuvent détecter les variations de teneur d’électrolytes dans un laps de temps comparable au temps de réaction des cellules musculaires cardiaques.

Les membranes sont réalisées à partir de feuilles de graphène et de couches de verre (dioxyde de silicium) d’épaisseur nanométrique en utilisant le procédé de dépôt chimique en phase vapeur. La contraction ou le déploiement de l’exosquelette se produit en une fraction de seconde parce que les deux matériaux réagissent différemment et simultanément aux changements provoqués par les stimuli. Ce type de réaction n’est possible qu’à l’échelle nanométrique.

La taille et la vitesse de cet exosquelette, combinées aux capacités de traitement de l’information des nanopuces, représentent un grand potentiel pour mesurer et manipuler avec une grande précision la matière à l’échelle cellulaire.

Cette étude est coécrite par l’auteur principal Marc Z. Miskin et David Muller, Samuel B. Eckert Kyle Dorsey, Baris Bircan et Yimo Han.

Hanen Hattab

Profil de l'auteur(e)

Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

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