Imiter la vie : une percée dans les matériaux non vivants
Des chercheurs ont découvert un nouveau procédé qui utilise le carburant pour contrôler les matériaux non vivants, comme le font les cellules vivantes.
Le cycle de réaction peut facilement être appliqué à un large éventail de matériaux et sa vitesse peut être contrôlée - une percée dans le domaine émergent de ces réactions. Cette découverte constitue un pas en avant vers la robotique douce, c'est-à-dire des machines souples capables de détecter ce qui se passe dans leur environnement et de réagir en conséquence. Les chimistes ont publié leurs résultats dans Nature Communications le mois dernier.
Série de photos Time-lapse d'un hydrogel auquel on a ajouté du carburant (rangée du milieu) comparé à un hydrogel témoin auquel on n'a rien ajouté (rangée du haut), sur une période de trois semaines (504 heures). La rangée du bas montre un hydrogel qui change de forme de manière indépendante lorsque deux types de carburant différents sont ajoutés.
TU Delft
Le chimiste Rienk Eelkema et son groupe tentent d'imiter la nature, en particulier les réactions chimiques des cellules vivantes qui fournissent le carburant nécessaire au contrôle de la cellule. La panoplie de réactions permettant de piloter les matériaux non vivants de la même manière est limitée, explique Eelkema. "Jusqu'à présent, il n'existe qu'environ cinq types de réactions largement utilisées par les chercheurs. Ces réactions présentent deux inconvénients majeurs : leur taux est difficile à contrôler et elles ne fonctionnent que sur un ensemble spécifique de molécules." Eelkema et le doctorant Benjamin Klemm, auteur principal de la publication, ont trouvé un nouveau type de réaction dont la vitesse peut être contrôlée efficacement et qui fonctionne également sur un large éventail de matériaux.
Gel gonflant
"L'essence du cycle de réaction est qu'il peut passer d'une particule non chargée à une particule chargée en y ajoutant un carburant chimique", explique Eelkema. "Cela nous permet de charger les matériaux et donc de modifier leurs structures, car des charges égales se repoussent et des charges différentes s'attirent. Le type et la quantité de carburant déterminent la vitesse de réaction, et donc la durée d'existence d'une charge et donc d'une structure donnée." Les chercheurs ont utilisé leur cycle de réaction pour charger un hydrogel, par exemple, après quoi les charges se sont repoussées et le gel a commencé à gonfler.
Des robots mous
Le cycle des réactions chimiques pourrait être utile pour construire des robots mous : de petits appareils physiquement souples, comme notre peau et nos tissus, et capables d'exécuter des fonctions spécifiques. "Les robots mous existent déjà, par exemple les microparticules contrôlées de l'extérieur par des champs magnétiques ou électriques. Mais en fin de compte, on voudrait qu'un robot soit capable de se contrôler lui-même, de voir par lui-même où il se trouve et ce qui se passe, puis de réagir en conséquence", explique Eelkema. "Vous pouvez programmer notre cycle dans une particule à l'avance, puis la laisser seule, et elle remplit sa fonction de manière indépendante dès qu'elle rencontre un signal pour le faire."
La prochaine étape d'Eelkema consiste à relier le processus à l'environnement en lui ajoutant un traitement du signal : "Par exemple, une particule de polymère pourrait contenir certains composants d'un tel cycle. Lorsqu'elle rencontre la dernière partie de la réaction, le cycle est terminé, servant de signal pour se désintégrer ou gonfler, par exemple."
La définition de la vie
Les cellules de l'homme ou d'autres organismes ont besoin d'énergie pour diverses fonctions : pour se déplacer, pour sentir que quelque chose se passe ou pour se diviser. "C'est aussi la raison pour laquelle nous, les humains, avons besoin de manger", explique Eelkema. "Ce lien entre l'énergie et la fonction se fait par le biais de réactions chimiques et c'est ce qui définit les êtres vivants. Il permet aux cellules de contrôler quand et où les structures se forment ou les processus se déroulent, localement et pour une durée limitée."
En revanche, les matériaux non vivants peuvent exister pour toujours et fonctionner sans apport d'énergie. Jusqu'à il y a dix ans, il n'existait aucun processus capable d'utiliser un combustible chimique pour piloter les interactions dans les matériaux non vivants. Eelkema : "Nous avons introduit cela ici à Delft, avec quelques autres endroits, et depuis, le domaine a explosé."
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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