Des chercheurs de l’Université de technologie de Delft, aux Pays-Bas, ont créé une pince robotique souple qui se déplace sans batterie, moteur, commandes électroniques ni source d’énergie externe. Selon une étude publiée dans Nature Communications, l’actionneur utilise le métabolisme de microalgues vivantes pour convertir la lumière en courbure mécanique.

Le dispositif est une bande de deux centimètres de long composée de deux couches d’hydrogel collées l’une à l’autre. Chaque couche réagit différemment aux variations de l’acidité, ou pH. Des microalgues se développent à la surface de l’une des couches et forment un biofilm après que la bande a été placée pendant sept jours dans une culture de l’espèce d’eau douce Chlamydomonas reinhardtii.

Lorsqu’elles sont exposées à une lumière rouge et bleue, les algues réalisent la photosynthèse et consomment les nitrates de la solution nutritive environnante. Ces processus éliminent des ions hydrogène près de l’hydrogel, faisant passer le pH local d’environ 8 à 11 au maximum. Cette variation fait que les groupes chimiques de la couche active deviennent chargés négativement, absorbent de l’eau et gonflent jusqu’à peser plus de quatre fois leur poids initial. Comme les deux couches se dilatent différemment, la bande se courbe.

Lorsque la lumière est éteinte, la photosynthèse s’arrête. Les algues métabolisent alors les sucres stockés et libèrent du dioxyde de carbone, rendant à nouveau l’hydrogel plus acide. La couche active se contracte et la bande se courbe dans la direction opposée, tandis que le pH de l’eau environnante ne change que marginalement.

Pour démontrer le concept, les chercheurs ont fabriqué une fleur artificielle, une pince à quatre doigts et un crochet. Sous illumination, la pince s’est refermée autour d’une bille métallique creuse pesant 18,4 milligrammes. Le crochet a retenu un anneau en caoutchouc de 52,5 milligrammes et l’a relâché après extinction de la lumière.

L’entraînement biologique est très économe en énergie, mais lent. Une réponse mesurable commence 10 à 20 secondes après une modification de l’éclairage, mais une courbure complète de 300 degrés peut prendre jusqu’à 18 heures. Les vidéos de démonstration de l’université utilisent donc des vitesses accélérées entre 1 800 et 3 600 fois par rapport au temps réel.

Après 15 heures d’illumination, l’actionneur a atteint une force maximale de 0,8 millinewton, soit approximativement le poids d’une masse de 80 milligrammes. Dans l’expérience, un support externe effectuait le mouvement vers le haut nécessaire pour soulever les objets. L’actionneur doit également rester dans un environnement liquide contenant des nutriments dissous et se dessécherait à l’air libre.

Le système à base d’algues est resté opérationnel pendant au moins 60 jours, soit plus longtemps que certaines conceptions biohybrides antérieures fondées sur des cellules musculaires animales ou des bactéries. Les chercheurs n’ont pas utilisé d’organismes génétiquement modifiés. Ils estiment que cette technologie pourrait à terme être utile dans des applications nécessitant des mouvements lents et de faibles forces, notamment des éléments d’ombrage contrôlés par la lumière, des systèmes agricoles et la manipulation d’échantillons délicats sous l’eau.

Sources: t3n.