Les microrobots capables de se déplacer dans les environnements liquides constituent l'avenir dans les applications biomédicales. Les chercheurs ont modélisé les interactions entre des nageurs microscopiques et les environnements complexes comme les bains bactériens.
Mais tous les nageurs n'ont pas la même vitesse ou le même mouvement. De plus, le type de micro environnement affectera des variables comme la vitesse et la direction. Dans le contexte des microrobots capables d'administrer des médicaments, la contrôlabilité est extrêmement importante.
Illustration: Europa/© Julia Yeomans
Le projet MICROENVS ("Microswimmer environments: modelling, control and tailoring") a rassemblé des experts de la physique de matière molle et de l'hydrodynamique pour modéliser les effets des micro-nageurs sur la dynamique de leurs environnements et vice versa. Les variables comprenaient différents rythmes de nage et leur interaction avec des objets passifs, comme les filaments et les limites élastiques.
Les micro-robots, comme les micro-organismes, nagent dans un régime d'écoulement à faible nombre de Reynolds, requérant des méthodes de navigation qui diffèrent des nageurs de taille macro-métrique. Les chercheurs MICROENVS ont développé un modèle hydrodynamique d'un nageur à faible nombre de Reynolds qui décrit des trajectoires circulaires. Cela pourra servir de modèle pour des micro-robots artificiels qui réalisent des tâches de transport et de pompage.
Les microbes utilisent une variété d'organites comme les flagelles pour la mobilité. Les flagelles et les algues ciliées démontrent des mouvements dipolaires et les chercheurs ont donc développé un modèle pour prédire leur interaction avec des limites rigides et élastiques. Les résultats ont mis en lumière que la mobilité du nageur est affectée sous confinement.
Les chercheurs ont également modélisé le mouvement de chaînes de polymère sous confinement. La modélisation est une première étape vers le développement de systèmes actifs. Etant donné que la suppression et l'activation génétiques requièrent un réarrangement du polymère à ADN, les connaissances sur les mouvements de polymères confinés pourraient engendrer des renseignements sur la dynamique de ces activités cellulaires.
Les chercheurs ont également développé des dispositifs de rectification qui trient des nageurs selon leur rythme de nage. De plus, un autre système modélise la dynamique des multi-particules en suspension. Ces modèles incluent les mouvements collectifs des nageurs et leur interaction avec les objets par extension.
Le suivi du projet comporte principalement l'utilisation de l'algorithme numérique développé pour étudier la dynamique de différents nageurs en confinement, ainsi que leur interaction avec les amas de polymères.
L'interaction des nageurs avec les environnements complexes est un domaine complexe incorporant des domaines inimaginables pour l'instant. À l'heure actuelle, le domaine est ouvert à la recherche sur les diagnostics et l'administration de médicaments ou encore la production de biocarburants à base d'algues.
Pour plus d'information voir: projet
MICROENVS