L'Institut Weizmann développe des matériaux actifs artificiels programmables

Des chercheurs de l'Institut Weizmann des sciences ont mis au point deux nouveaux types de matériaux actifs artificiels, ouvrant la voie au développement de la robotique molle et de thérapies ciblées. Ces avancées, publiées dans les revues scientifiques Nature Materials et Nature Physics, permettent de concevoir des matériaux intelligents capables de s'auto-organiser.

Les matériaux actifs sont des systèmes dont les composants agissent comme des moteurs microscopiques, consommant de l'énergie chimique pour accomplir un travail mécanique. Contrairement aux matériaux classiques dont les propriétés dépendent de l'environnement, les matériaux actifs façonnent leurs propres caractéristiques. L'équipe du Dr Alexandra Tayar, au Département de physique chimique et biologique, est parvenue à intégrer des systèmes d'expression génétique au sein de ces structures.

Dans l'étude publiée dans Nature Materials, menée par la doctorante Rochelle Silverman et le Dr Erez Garbib, les chercheurs ont incorporé de l'ADN et un réseau d'expression génétique dans un réseau de microtubules. En modifiant la concentration des gènes, l'équipe a pu contrôler précisément le moment et la vitesse de mouvement du matériau. De plus, l'ajout d'une protéine de liaison a permis de programmer des séquences de mouvements alternant propulsion et freinage.

Dans une seconde étude publiée dans Nature Physics, menée par les doctorantes Maya Lebanon et Noa Goldberg, les scientifiques ont analysé l'impact de chaînes d'ADN longues sur un matériau actif en écoulement. L'enchevêtrement des brins d'ADN a généré un réseau tridimensionnel provoquant des oscillations rythmées. Un modèle théorique, développé en collaboration avec le Prof. Eran Bouchbinder et des chercheurs du Technion, a démontré que l'amplitude de ces oscillations est dictée par les limites du réceptacle.

Ces découvertes fournissent aux ingénieurs et aux pharmacologues de nouveaux outils mécaniques et génétiques. À terme, cette infrastructure scientifique pourrait permettre de concevoir des robots souples capables de modifier leur forme en fonction des besoins et des traitements médicaux d'une redoutable précision.