C’est un changement d’échelle spectaculaire digne d’un film de science-fiction ! Des chercheurs de l’Université de Pennsylvanie et de l’Université du Michigan ont présenté les plus petits robots autonomes et entièrement programmables jamais conçus. Chaque microrobot mesure environ 0,2 × 0,3 × 0,05 millimètre, soit une taille comparable à celle de nombreux micro-organismes. Leur coût unitaire est dérisoire (quelques centimes) et leur autonomie peut se compter en mois.
Nager dans l’eau comme dans du goudron
Malgré leur taille minuscule, ces machines sont capables de percevoir leur environnement, de prendre des décisions simples et d’adapter leur trajectoire. Elles peuvent suivre des gradients de température, se déplacer selon des motifs complexes et même évoluer en groupes coordonnés, à la manière d’un banc de poissons. « Nous avons créé des robots autonomes 10.000 fois plus petits que ce qui existait jusqu’ici », résume Marc Miskin, professeur adjoint en ingénierie électrique et auteur principal de deux études publiées dans Science Robotics. « Cela ouvre une toute nouvelle échelle pour la robotique programmable.»
Réduire la taille d’un robot ne consiste pas simplement à miniaturiser des composants existants. À cette échelle, la physique change radicalement. Dans l’eau, la viscosité domine : se déplacer revient, selon Marc Miskin, à « avancer dans du goudron ». Pendant des décennies, cette contrainte a bloqué le développement de robots microscopiques réellement autonomes.
La solution trouvée par l’équipe de Penn est contre-intuitive. Plutôt que de tenter de se propulser directement, les microrobots déplacent le fluide autour d’eux. Ils génèrent un champ électrique qui met en mouvement les ions présents dans l’eau. Ces ions entraînent à leur tour les molécules de liquide, ce qui produit une force suffisante pour faire avancer le robot. Le tout, sans aucune pièce mécanique mobile, ce qui explique leur robustesse et leur longévité.
Ce système de propulsion s’est révélé parfaitement compatible avec les micro-ordinateurs développés depuis des années à l’Université du Michigan. « Les systèmes de propulsion de Penn et nos ordinateurs miniatures semblaient faits l’un pour l’autre », explique David Blaauw, co-auteur de l’étude.
Le « cerveau » embarqué devait fonctionner avec une contrainte extrême : seulement 75 nanowatts de puissance, soit environ 100.000 fois moins qu’une montre connectée. Pour y parvenir, les ingénieurs ont repensé en profondeur l’architecture logicielle, compressant des séquences complexes en instructions uniques pour qu’elles puissent tenir dans une mémoire minuscule.
L’énergie est fournie par des cellules solaires qui recouvrent une grande partie de la surface du robot. Ces capteurs servent aussi à recevoir des signaux lumineux, qui sont utilisés pour programmer chaque microrobot individuellement. Les usages potentiels sont nombreux, notamment en médecine, pour surveiller l’activité de cellules individuelles, ou dans l’industrie, pour assembler des dispositifs à l’échelle microscopique.
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