Une chenille robotique rampe grâce aux changements de température

Un robot mou inspiré de la chenille et se mouvant au gré des fluctuations de température. Voilà le concept visé par les chercheurs de l’université Johns Hopkins de Baltimore, aux États-Unis. Une telle invention pourrait donc se passer de tout l’attirail de câbles, de batteries ou de n’importe quelle source d’énergie externe. Une classe de matériaux en particulier semble prometteuse : celle des hydrogels thermosensibles réversibles. Il s’agit de gels à base d’eau qui se gonflent et se dégonflent en fonction de la température, entre 30 et 60°C. Les gelbots imaginés par les scientifiques américains promettent de multiples applications potentielles. Ils pourraient ainsi ramper à l’intérieur du corps humain, en vue d’une délivrance ciblée de médicaments, ou bien se changer en appareils maritimes et patrouiller en surveillant la surface des océans à travers le globe…

Une « chenille-robot » sensible à la température

Le gelbot de l’université Johns Hopkins se compose d’un certain nombre de segments bicouche, reliés par des liaisons suspendues. La première partie du matériau bicouche est en poly(N-isopropylacrylamide)(pNIPAM) thermosensible actif, qui subit une transformation réversible autour de 32°C en milieu aqueux. Sous 32°C, le polymère est gonflé. Une fois sa température de transition franchie, il devient hydrophobe et se replie sur lui-même afin de limiter la surface de contact avec l’eau. D’où sa torsion si caractéristique qui rappelle fortement une chenille ! La seconde partie du gelbot est, elle, en polyacrylamide (pAAM) passif. Tous les gelbots de laboratoire ont été réalisés à l’aide de l’impression 3D. Leur production en masse à l’avenir serait donc facile à mettre en place.

Des travaux précédents sont déjà parvenus à faire ramper un robot en hydrogel dans une direction voulue. Quoi de neuf donc avec celui mis au point par les chercheurs de Baltimore ? Cette fois, la surface où la « chenille » doit se déplacer n’a pas été conçue expressément dans le but de la guider. Un résultat obtenu grâce à de nombreuses simulations et modifications des paramètres expérimentaux : rigidité des liaisons suspendues, nombre de segments bicouche, design du gel… En conséquence, des asymétries spontanées apparaissent dans les forces de contact entre le substrat et l’hydrogel. Ce dernier peut alors se mouvoir d’avant en arrière en ondulant à la manière d’une vague, comme décrit dans l’article paru le 14 décembre 2022 dans Science Robotics. Mais les scientifiques ne comptent pas s’arrêter en si bon chemin. Ils souhaitent désormais tester des formes d’hydrogels inspirés de vers et d’organismes marins, et pourquoi pas même leur incorporer des caméras et autres capteurs.