Des muscles artificiels d'un nouveau genre se déplacent grâce au son
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Des chercheurs de l'ETH Zurich ont développé des muscles artificiels contenant des microbulles et pouvant être dirigés par ultrasons. À l'avenir, ces muscles pourraient être utilisés comme bras préhenseur, pansements, pour la délivrance ciblée de substances actives ou comme robots en médecine et en technique.
| En bref - De nouveaux muscles artificiels en silicone et dotés de bulles d'air peuvent être déformés de manière ciblée par ultrasons et commandés sans fil. - Des chercheurs de l'ETH Zurich ont pu faire la démonstration d'applications allant d'un bras préhenseur à des pansements pour l'administration de médicaments, en passant par un robot inspiré d'une raie pastenague. - Il s'agit encore d'essais en laboratoire, mais la technique ouvre des perspectives d'applications en robotique et en médecine. |
À première vue, cela ressemble à une simple expérience sur les matériaux : Il suffit d'une brève impulsion ultrasonique pour qu'une fine bande de silicone commence à se plier ou à se courber. Mais il y a bien plus derrière tout cela. Une équipe dirigée par Daniel Ahmed, professeur de robotique acoustique dans le domaine des sciences de la vie et de la santé, a mis au point une nouvelle classe de muscles artificiels : des membranes flexibles qui réagissent aux ultrasons grâce à des milliers de minuscules bulles d'air.
Un mouvement flexible grâce à l'agencement des bulles
Pour fabriquer les muscles artificiels, les chercheurs ont utilisé un moule doté d'une microstructure. La membrane en silicone fabriquée dans ce moule présente de minuscules pores sur sa face inférieure, chacun d'entre eux ayant une profondeur et une largeur d'environ 100 micromètres, soit l'épaisseur d'un cheveu humain. Lorsque les chercheurs plongent la membrane dans l'eau, de minuscules bulles d'air restent enfermées dans les pores.
Lorsque les ondes sonores rencontrent ces vésicules, elles se mettent à vibrer et créent un courant directionnel qui fait bouger le muscle. La taille, la forme et la disposition des bulles peuvent être contrôlées avec précision - ce qui permet de créer des mouvements allant d'une courbure régulière à des motifs ondulatoires. Les muscles réagissent en quelques millisecondes et peuvent être contrôlés sans fil.
Si toutes les bulles sont de la même taille, la membrane se courbe en fonction de l'intensité du signal. Si elles sont de tailles différentes, elles réagissent à des fréquences différentes et le mouvement se déroule par vagues. (Image : Shi Z et al. Nature 2025, modifié)
Saisir en douceur, mouvement glissant
Les chercheurs ont démontré les muscles artificiels dans plusieurs applications. L'une d'entre elles est un bras préhenseur miniature souple. Lors de l'expérience, ils ont pu montrer que celui-ci pouvait enserrer délicatement une larve de poisson zèbre dans l'eau et la relâcher ensuite. "C'était fascinant de voir avec quelle précision et quelle douceur le préhenseur fonctionnait - la larve a ensuite nagé sans dommage", raconte Zhiyuan Zhang, ancien doctorant chez Ahmed et l'un des deux premiers auteurs de l'étude publiée dans la revue spécialisée Nature.
Pour démontrer les mouvements ondulatoires, les chercheurs ont également construit un robot en forme de raie minuscule. Il mesure environ quatre centimètres de large. Deux muscles artificiels assurent la fonction des nageoires pectorales. Dès que les chercheurs les stimulent par ultrasons, un mouvement ondulatoire se produit, qui permet au minirobot de glisser dans l'eau, sans aucun câble. "La locomotion ondulatoire a été pour nous un véritable point fort", déclare Ahmed. "Elle montre qu'avec les bulles, nous pouvons non seulement créer des mouvements simples, mais aussi des motifs complexes comme ceux d'un organisme vivant".
A long terme, le "Stingraybot", comme les chercheurs appellent le robot, pourrait être utilisé dans le tractus gastro-intestinal pour y libérer des médicaments avec précision ou pour soutenir des interventions mini-invasives. Les chercheurs ont également déjà réfléchi à la manière dont le Stingraybot pourrait être transporté un jour dans l'estomac : Ils l'enroulent et le placent dans une capsule spécialement développée à cet effet, que l'on peut avaler et qui se dissout dans l'estomac.
La vidéo montre comment les chercheurs propulsent le « Stingraybot » à l'aide d'ultrasons grâce à des mouvements ondulatoires et comment ils capturent une larve de poisson zèbre à l'aide de pinces avant de la relâcher. (Video: Shi Z et al. Nature 2025)
Adapté aux espaces restreints et aux surfaces sensibles
Les chercheurs ont en outre fabriqué une petite roue à partir du silicone contenant des bulles de différentes tailles, qui peut également être actionnée par ultrasons. Lors d'essais avec un intestin de porc, ils ont pu montrer qu'elle permettait de naviguer dans les circonvolutions intestinales, les chercheurs stimulant successivement les bulles de différentes tailles. "L'intestin est un environnement particulièrement difficile, car il est étroit, sinueux et irrégulier", explique Zhan Shi, ancien doctorant d'Ahmed et l'autre premier auteur. "C'est précisément pour cette raison qu'il était impressionnant de voir que notre robot-roue pouvait effectivement s'y déplacer".
En outre, les chercheurs ont développé des pansements souples qui peuvent se fixer sur des structures courbes grâce à l'activation des ultrasons. De tels pansements pourraient être adaptés individuellement aux formes de tissus et libérer des médicaments localement, par exemple pour le traitement de cicatrices ou de tumeurs. Lors d'expériences, l'équipe a déjà réussi, à titre de test, à introduire de manière ciblée un colorant dans un modèle de tissu.
Le robot raie pastenague mesure environ 4 centimètres de large (à gauche) et peut être enroulé pour s'adapter à une capsule que les patients pourraient avaler à l'avenir (au centre). Ces muscles d'un nouveau genre peuvent également être appliqués sur un cœur sous forme de patch (à droite). (Images : Shi Z et al. Nature 2025)
Des muscles souples au potentiel médical
"Nous avons d'abord fait de la recherche fondamentale, puis nous avons démontré la polyvalence des muscles artificiels : de l'administration de médicaments à la locomotion dans le tractus gastro-intestinal, en passant par les pansements sur le cœur", résume Ahmed.
On en est encore au stade des essais en laboratoire, mais le potentiel pour de futures applications médicales et techniques est important. À long terme, de tels muscles souples pourraient aider à administrer des médicaments avec plus de précision et à rendre les interventions plus douces. La combinaison de la biocompatibilité, de la flexibilité et du contrôle sans fil en fait un outil prometteur pour la médecine. Pour les chercheurs, la voie vers des muscles contrôlés par l'acoustique n'en est qu'à ses débuts.