Des chercheurs de l’université Cornell ont installé des « cerveaux » électroniques sur des robots alimentés par l’énergie solaire d’une taille de 100 à 250 micromètres – plus petits que la tête d’une fourmi – afin qu’ils puissent marcher de manière autonome sans être contrôlés de l’extérieur.
Bien que les chercheurs de Cornell et d’autres aient déjà mis au point des machines microscopiques capables de ramper, de nager, de marcher et de se replier sur elles-mêmes, il y avait toujours des « ficelles » attachées ; pour générer le mouvement, des fils étaient utilisés pour fournir du courant électrique ou des faisceaux laser devaient être focalisés directement sur des endroits spécifiques des robots.
« Avant, nous devions littéralement manipuler ces « cordes » pour obtenir une quelconque réponse du robot », explique Itai Cohen, professeur de physique. « Mais maintenant que nous avons ces cerveaux à bord, c’est comme si on enlevait les ficelles de la marionnette. C’est comme lorsque Pinocchio prend conscience. »
Cette innovation ouvre la voie à une nouvelle génération d’appareils microscopiques capables de traquer les bactéries, de renifler les produits chimiques, de détruire les polluants, de pratiquer la microchirurgie et d’éliminer la plaque dans les artères.
Le projet a réuni des chercheurs des laboratoires de Cohen, Alyosha Molnar, professeur associé de génie électrique et informatique, et Paul McEuen, professeur de sciences physiques, tous coauteurs principaux de l’article. L’auteur principal est le chercheur postdoctoral Michael Reynolds.
L’article de l’équipe, « Microscopic Robots with Onboard Digital Control », a été publié le 21 septembre dans Science Robotics.
Le « cerveau » de ces nouveaux robots est un circuit d’horloge CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) qui contient un millier de transistors, ainsi qu’un réseau de diodes, de résistances et de condensateurs. Le circuit CMOS intégré génère un signal qui produit une série de fréquences d’ondes carrées déphasées qui, à leur tour, déterminent la démarche du robot. Les jambes du robot sont des actionneurs à base de platine. Le circuit et les jambes sont alimentés par des cellules photovoltaïques.
« À terme, la capacité à communiquer une commande nous permettra de donner des instructions au robot, et le cerveau interne trouvera comment les exécuter », a déclaré Cohen. « Nous aurons alors une conversation avec le robot. Le robot peut nous dire quelque chose sur son environnement, et nous pouvons réagir en lui disant : « OK, va là-bas et essaie de comprendre ce qui se passe ».
Les nouveaux robots sont environ 10 000 fois plus petits que les robots macroscopiques dotés d’une électronique CMOS embarquée, et ils peuvent marcher à des vitesses supérieures à 10 micromètres par seconde.
Le processus de fabrication conçu par Reynolds, qui consiste à personnaliser des composants électroniques fabriqués en fonderie, a donné naissance à une plateforme qui peut permettre à d’autres chercheurs d’équiper les robots microscopiques de leurs propres applications, qu’il s’agisse de détecteurs chimiques ou d' »yeux » photovoltaïques qui aident les robots à se déplacer en détectant les changements de lumière.
« Cela permet d’imaginer des robots microscopiques très complexes et très fonctionnels, dotés d’un haut degré de programmabilité et intégrés non seulement à des actionneurs, mais aussi à des capteurs », a déclaré M. Reynolds. « Nous sommes enthousiasmés par les applications en médecine – quelque chose qui pourrait se déplacer dans les tissus et identifier les bonnes cellules et tuer les mauvaises – et dans l’assainissement de l’environnement, comme si vous aviez un robot qui savait comment décomposer les polluants ou détecter un produit chimique dangereux et s’en débarrasser. »
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