Des chercheurs de l’Université de Pennsylvanie et de l’Université du Michigan ont récemment collaboré pour développer les plus petits robots autonomes entièrement programmables jamais fabriqués. Ces minuscules machines ne mesurent qu’un dixième de la largeur d’un millimètre et peuvent penser, nager et survivre pendant des mois.

Les robots mesurent environ 200 microns sur 300 microns sur 50 microns, soit plus petit qu'un grain de sel, et ne coûtent qu'un centime environ à fabriquer. Malgré leur petite taille, ils peuvent se déplacer, détecter, calculer et réagir à leur environnement sans avoir besoin de connexions externes, de champs magnétiques ou de contrôleurs. Mark Miskin, professeur adjoint d'ingénierie électrique et des systèmes à l'Université de Pennsylvanie, a déclaré que ces robots sont 10 000 fois plus petits que les microrobots existants, ouvrant ainsi une nouvelle échelle pour les robots programmables.

L'équipe de recherche a publié ses résultats dans Science Robotics et Proceedings of the National Academy of Sciences, envisageant son application dans le suivi de la santé d'une seule cellule ou dans l'assemblage de machines microscopiques. Étant donné que les robots ont à peu près la même taille que les micro-organismes, ils pourraient un jour se déplacer dans des environnements organisationnels ou des lignes de production microscopiques difficiles à atteindre avec les robots traditionnels.

À l’échelle submillimétrique, la gravité et l’inertie cèdent la place à des forces telles que la tension superficielle, la résistance et la viscosité, rendant les membres mécaniques traditionnels sujets aux défaillances. Le système de propulsion innovant de l'équipe utilise des champs électriques induits pour contrôler les ions dans le liquide environnant et pousser les molécules d'eau vers l'avant, tout comme un robot se déplaçant dans une « rivière en mouvement ».

Les robots peuvent parcourir des trajectoires complexes à des vitesses d’une longueur de corps par seconde et coordonner leurs mouvements comme un banc de poissons. Une simple lumière LED fournit de l'énergie et une conception sans pièces mobiles garantit que la machine est robuste, peut transférer des échantillons à plusieurs reprises sans dommage et peut fonctionner pendant des mois.

Pour parvenir à l'autonomie, les chercheurs ont intégré la technologie informatique ultra-petite du groupe de David Blau de l'Université du Michigan, présentée comme complémentaire lors d'une conférence de la DARPA. Le panneau solaire ne produit que 75 nanomètres d'électricité, soit plus de 100 000 fois moins qu'une montre intelligente, mais le circuit peut fonctionner à des tensions extrêmement basses. Le processeur, la mémoire, les capteurs et les moteurs sont tous intégrés dans une structure de plusieurs centaines de microns. Il peut détecter la température avec une précision d’un tiers de degré Celsius et suivre les gradients thermiques pour rapporter des données en temps réel.

Les humains communiquent avec les robots par le mouvement : l'ordinateur code la température et d'autres données dans des vibrations de « danse », qui sont décodées par des caméras au microscope, de la même manière que les abeilles communiquent. Les impulsions lumineuses peuvent être alimentées et programmées individuellement pour soutenir la division du travail et la collaboration entre les robots.

Miskin et Blau considèrent cela comme un point de départ. Cette plateforme allie simplicité mécanique, électronique efficace et fabrication évolutive. Il convient aux domaines nécessitant une intelligence microscopique distribuée, marquant le début d’une nouvelle ère de robots microscopiques.