Une équipe de chercheurs de l’Université de Waterloo a créé des matériaux intelligents avancés qui serviront de base à une future génération de robots micromédicaux.
Ces petits robots ont la capacité d’effectuer des procédures médicales, telles que des biopsies et des transferts de cellules et de tissus, de manière peu invasive. Ils peuvent se déplacer dans des environnements confinés et submergés, tels que le corps humain, et livrer des marchandises délicates et légères, telles que des cellules ou des tissus, à l’emplacement cible.
Les minuscules robots mous mesurent au maximum un centimètre de long, sont biocompatibles et non toxiques. Les robots sont fabriqués à partir de composites d’hydrogel avancés comprenant des nanoparticules de cellulose durables d’origine végétale.
Cette recherche, menée par Hamid Shahsavan, professeur au Département de génie chimique, décrit une approche globale de la conception, de la synthèse, de la fabrication et de la manipulation de microrobots. L’hydrogel utilisé dans ce travail change de forme lorsqu’il est exposé à une stimulation chimique externe. La capacité d’orienter les nanoparticules de cellulose à volonté permet aux chercheurs de programmer ce changement de forme, ce qui est crucial pour la fabrication de robots mous fonctionnels.
Dans mon groupe de recherche, nous connectons l’ancien et le nouveau. « Nous créons des microrobots émergents en tirant parti des matériaux souples traditionnels tels que les hydrogels, les cristaux liquides et les colloïdes. »
Shahsavan, directeur des matériaux intelligents pour les technologies robotiques avancées (SMART-Lab)
Un autre élément unique de ce matériau intelligent avancé est qu’il s’auto-répare, ce qui permet une programmation à grande échelle sous forme de robots. Les chercheurs peuvent couper le matériau et le recoller sans utiliser de colle ou d’autres adhésifs pour former différentes formes pour différentes procédures.
Le matériau peut être modifié davantage grâce au magnétisme, ce qui facilite le mouvement des robots mous à travers le corps humain. Comme preuve de concept sur la façon dont le robot manœuvre sur le corps, le petit robot a été déplacé dans un labyrinthe par des chercheurs contrôlant son mouvement à l’aide d’un champ magnétique.
« Les ingénieurs chimistes jouent un rôle essentiel en repoussant les limites de la recherche en robotique médicale de précision », a déclaré Shahsavan. « Il est intéressant de noter que relever bon nombre des grands défis de la microrobotique nécessite une gamme de compétences et de connaissances que possèdent les ingénieurs chimistes, notamment le transfert de chaleur et de masse, la mécanique des fluides, l’ingénierie des réactions, les polymères, la science des matériaux souples et les systèmes biochimiques. Par conséquent, nous « Nous sont dans une position unique pour fournir des solutions innovantes dans ce domaine émergent.
La prochaine étape de cette recherche consiste à réduire la taille du robot à des échelles inférieures au millimètre.
Le groupe de recherche de Shahsavan a collaboré avec Tessazu Mekonnen du Département de génie chimique de Waterloo, le professeur Shirley Tang, doyenne associée aux sciences (recherche) et Amirreza Aghakhani, professeur de l’Université de Stuttgart en Allemagne. Ils ont publié leurs résultats le mois dernier dans la revue Nature Communications.
Le professeur Hamid Shahsavan conçoit des robots intelligents et programmables
Crédit image : Université de Waterloo
