Des muscles artificiels contrôlés par la lumière
Un chimiste développe des matériaux intelligents basés sur de minuscules machines moléculaires
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Des muscles robotiques qui se contractent après une impulsion lumineuse ; des écrans cubiques sur lesquels on peut observer des images tridimensionnelles sous tous les angles : Henry Dube, de l'université Friedrich-Alexander d'Erlangen-Nuremberg (FAU), souhaite développer au cours des quatre prochaines années des matériaux pour de toutes nouvelles applications. Leur base est constituée de minuscules machines moléculaires, chacune composée de quelques dizaines d'atomes seulement. Le chimiste souhaite en associer différents types pour former des tissus tridimensionnels qui, selon le type et l'agencement des éléments constitutifs, permettent de réaliser différentes fonctions. Le projet est financé par la Fondation Volkswagen à hauteur de plus de 900.000 euros.
L'idée de Dube n'est pas aussi exotique qu'il n'y paraît : Tous les êtres vivants sont équipés d'innombrables machines moléculaires spécialisées dans certaines tâches. Ainsi, les muscles sont constitués de protéines qui s'accrochent les unes aux autres par des mouvements de traction, ce qui raccourcit le muscle. "Nous développons depuis un certain temps déjà des molécules qui permettent en principe des fonctions similaires", explique le scientifique, qui dirige depuis 2020 la chaire de chimie organique I à la FAU. "Elles sont toutefois généralement structurées de manière très différente de leurs modèles naturels et sont en outre nettement plus petites".
Il s'agit par exemple de minuscules roues dentées qui ne sont composées que de quelques dizaines d'atomes et qui peuvent être regroupées les unes derrière les autres pour former des engrenages. Dube a également déjà construit des nano-moteurs ou des pincettes capables de saisir les plus petits objets. Dans le projet de la Fondation Volkswagen, il souhaite maintenant aller plus loin. Dans un muscle, d'innombrables "molécules de traction" sont connectées les unes derrière les autres. De plus, elles sont regroupées des centaines de milliers de fois afin qu'elles puissent déployer ensemble une force suffisante. "Nous voulons également fabriquer des tissus tridimensionnels dans lesquels nous relions entre elles de nombreuses machines moléculaires selon des règles définies", explique le chimiste. "Selon les différents types de briques que nous combinons dans ces polymères, nous obtenons ainsi des matériaux intelligents pour les applications les plus diverses".
Des matériaux dont les propriétés peuvent être programmées par la lumière.
De cette manière, il devrait par exemple être possible de fabriquer des muscles artificiels pour des robots d'un nouveau genre. Contrairement à leurs homologues naturels, ils ne devraient pas être commandés par des impulsions de tension, mais par la lumière. "De nombreuses nanomachines que nous utilisons changent de forme sous l'effet de la lumière", explique Dube. "Cela nous permet par exemple de déclencher des mouvements". Souvent, ce changement de forme les amène également à prendre une autre couleur. De cette manière, on peut par exemple fabriquer des écrans cubiques dans lesquels on peut écrire des images tridimensionnelles. Ces images peuvent être vues sous tous les angles et, contrairement aux gravures au laser sur le verre, elles peuvent être facilement effacées.
"Nous prévoyons également de fabriquer des matériaux dont les propriétés peuvent être programmées", explique le chimiste. "En présence de lumière bleue, ils pourraient par exemple devenir solides, alors qu'en présence de lumière rouge, ils pourraient devenir élastiques". On pourrait même construire un bras préhenseur qui ne deviendrait élastique que pendant une courte période et à un endroit défini, où il pourrait être plié.
Un terrain scientifique inconnu
Avec son projet, Dube s'aventure en terre inconnue. La Fondation Volkswagen le soutient dans le cadre de son programme Momentum. Celui-ci s'adresse aux scientifiques qui viennent d'accéder à un poste de professeur et qui souhaitent étendre leur expertise à un nouveau domaine. "En tant que chimistes organiques, nous travaillons normalement avec des molécules uniques", explique-t-il. "Avec nos idées, nous nous aventurons en revanche dans la science des matériaux - un domaine qui requiert une toute autre expertise". Il utilisera donc les fonds de la fondation pour financer, entre autres, des post-doctorants qui apporteront précisément le savoir-faire nécessaire dans ce domaine. "Je suis absolument optimiste quant à la réussite de la mise en œuvre de nos idées de cette manière".
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 Allemand peut être trouvé ici.
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