Un robot nageur propulsé par des muscles cultivés en laboratoire atteint une vitesse record.
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Des scientifiques de l'Université nationale de Singapour (NUS) ont mis au point une méthode d'auto-entraînement qui renforce les tissus musculaires cultivés en laboratoire 24 heures sur 24, et l'ont utilisée pour alimenter un robot à muscles vivants qui nage plus vite que tous ses prédécesseurs.
Des chercheurs de l'Université nationale de Singapour (NUS) ont mis au point une plateforme permettant à des tissus musculaires cultivés en laboratoire de développer une force record, sans stimulation externe. En couplant mécaniquement deux tissus musculaires de sorte qu'ils se contractent continuellement l'un contre l'autre, leurs contractions naturelles deviennent un entraînement continu. Les muscles ainsi obtenus ont propulsé OstraBot, un robot nageur ostraciiforme (un type de locomotion de poisson) qui a atteint 467 millimètres par minute, soit la vitesse la plus élevée jamais enregistrée pour un robot biohybride à muscles squelettiques.
Cette avancée lève un obstacle majeur de longue date en robotique biohybride : des machines actionnées par des cellules vivantes plutôt que par des moteurs conventionnels. Grâce à leur souplesse, leur silence et leur efficacité à petite échelle, les actionneurs musculaires pourraient permettre, dans des versions plus robustes, de développer des outils biomédicaux peu invasifs, des capteurs environnementaux souples et des robots entièrement biodégradables qui se décomposent sans danger après avoir accompli leur mission.
« Depuis des années, les chercheurs s'intéressent à la construction de robots actionnés par des muscles vivants, car l'actionnement biologique est souple, adaptatif et économe en énergie à petite échelle. Cependant, les performances de ces systèmes sont limitées par la faible force produite par les muscles squelettiques cultivés. Si l'actionneur est faible, le robot ne peut pas se déplacer rapidement, générer une poussée suffisante ni accomplir de tâches utiles », explique Tan Yu Jun, professeur adjoint au département de génie mécanique de la faculté de design et d'ingénierie de l'Université nationale de Singapour (NUS), qui a dirigé ces recherches.
« L’objectif de cette étude n’était pas seulement de construire un robot plus rapide, mais aussi de supprimer un goulot d’étranglement fondamental dans le domaine et d’ouvrir la voie à des systèmes biohybrides haute performance conçus dans une optique de durabilité », a ajouté le professeur adjoint Tan.
L'étude a été publiée dans Nature Communications le 18 mars 2026. En décembre 2025, le premier auteur de l'article, le Dr Chen Pengyu, a remporté le prix du meilleur poster pour cette étude lors de la réunion d'automne 2025 de la Materials Research Society (MRS), l'une des plus grandes conférences internationales sur la recherche en sciences des matériaux.
S'inspirant du bras de fer, l'équipe de l'Université nationale de Singapour (NUS) a conçu une plateforme d'auto-entraînement (à gauche) où deux anneaux de tissus musculaires se contractent et s'affrontent de manière continue et autonome. OstraBot (à droite), constitué d'un seul anneau musculaire entraîné et de deux queues flexibles, nage trois fois plus vite que ses homologues dotés de muscles cultivés de façon conventionnelle.
Deux muscles dans un bras de fer
L'idée clé est venue d'un comportement observé depuis longtemps par les biologistes, mais rarement exploité : les contractions spontanées que produisent les jeunes cellules musculaires squelettiques au cours de leur maturation. Dès le troisième jour de différenciation environ, les tissus reconstitués commencent à se contracter spontanément, atteignant leur maximum au cinquième jour avant de s'estomper lorsque les cellules atteignent leur pleine maturité. Alors que la plupart des chercheurs considéraient ce phénomène comme une simple curiosité biologique, l'équipe de l'Université nationale de Singapour (NUS) l'a exploité comme outil pédagogique.
Ils ont conçu une plateforme où deux tissus musculaires sont reliés par un bloc coulissant ; la contraction de l’un étire l’autre, qui se contracte ensuite à son tour. Il en résulte des cycles continus de raccourcissement et d’allongement qui se déroulent de manière autonome tout au long de la semaine de maturation précoce, sans source d’énergie externe, unité de contrôle ni intervention manuelle.
« À mesure que les cellules arrivent à maturité, elles commencent naturellement à se contracter spontanément. Comme les deux tissus sont connectés, ils exercent une traction continue l’un sur l’autre, ce qui permet un exercice sans intervention extérieure », a expliqué le professeur adjoint Tan.
Les muscles auto-entraînés ont généré une force maximale de 7,05 millinewtons et une contrainte de 8,51 millinewtons par millimètre carré, soit les valeurs les plus élevées jamais enregistrées pour cette lignée cellulaire en robotique biohybride, et plus d'un ordre de grandeur supérieures à de nombreuses données publiées précédemment. Cette méthode utilise une lignée cellulaire musculaire disponible dans le commerce et présente dans les laboratoires du monde entier, ce qui la rend beaucoup plus reproductible et moins coûteuse que les approches conventionnelles.
La découverte majeure des chercheurs de l'Université nationale de Singapour (NUS) confirme que les muscles cultivés en laboratoire peuvent effectivement alimenter des robots. Il s'agit d'un grand pas en avant vers la création de robots entièrement biodégradables, qui trouveront de nombreuses applications, de la surveillance environnementale à la médecine.
Optimisation d'OstraBot pour atteindre des performances personnelles exceptionnelles
L'équipe a développé un modèle physiologique retraçant l'ensemble du processus, de la stimulation électrique à la production de force, en passant par la signalisation calcique et l'activation musculaire, puis l'a utilisé pour concevoir OstraBot . Inspiré du poisson-coffre, qui maintient son corps rigide et se propulse uniquement par l'oscillation de sa queue, OstraBot associe cette structure, conçue à partir de ce modèle, à un unique muscle entraîné qui actionne deux queues flexibles. Avec une rigidité optimale et une stimulation de 3 Hz, il nageait plus de trois fois plus vite qu'un robot identique alimenté par un muscle cultivé de manière conventionnelle.
Au-delà de sa vitesse, le robot a démontré une autre qualité tout aussi importante : une contrôlabilité précise. Sa vitesse pouvait être ajustée en continu en modulant l’intensité du champ électrique, et un système de déclenchement sonore lui permettait de démarrer et de s’arrêter en réponse à des applaudissements.
« Le claquement de mains prouve que le robot n'est pas seulement vivant, il est contrôlable. Auparavant, les robots à propulsion musculaire se déplaçaient constamment sans contrôle précis ou étaient trop faibles pour réagir de manière visible. Notre système musculaire squelettique renforcé permet au robot de réagir clairement à un signal externe, à l'instar des nerfs qui contrôlent les muscles du corps », explique le professeur adjoint Tan. « Ceci démontre que les robots biohybrides peuvent allier force et précision de régulation, deux atouts essentiels pour des applications concrètes. »
Des robots qui disparaissent
L'équipe de l'Université nationale de Singapour (NUS) travaille actuellement sur des systèmes où tous les matériaux de structure sont biodégradables : des robots qui remplissent leur fonction puis se décomposent sans danger. Parmi les applications possibles figurent des dispositifs de surveillance environnementale déployés dans des écosystèmes fragiles tels que les zones humides ou les récifs coralliens, ainsi que des outils implantables temporaires qui accomplissent une tâche clinique avant de se dissoudre dans le corps, évitant ainsi le recours à une intervention chirurgicale pour leur retrait.
« La robustesse est un élément important, mais la stabilité à long terme, l'efficacité énergétique et la conception axée sur le cycle de vie sont tout aussi essentielles », a déclaré le professeur adjoint Tan. « Notre objectif est de développer des machines biohybrides non seulement performantes, mais aussi respectueuses de l'environnement. »
Les prochaines étapes de l'équipe consistent à intégrer des matériaux structurels biodégradables, à affiner les stratégies de contrôle et à améliorer la durabilité et l'efficacité des systèmes robotiques à propulsion musculaire.