Des ingénieurs américains ont mis au point des bandes de gel qui changent de forme lorsqu’elles reçoivent des instructions chimiques écrites en code ADN. Ces « automates de gel », qui ne mesurent que quelques centimètres, peuvent grandir ou rétrécir, se transformant d’une lettre ou d’un chiffre à l’autre lorsqu’ils sont déclenchés par des molécules d’ADN spécifiques. Cette avancée ouvre la voie à la création de robots et d’appareils médicaux capables de se reconfigurer pour accomplir diverses tâches.
« Ces automates en gel, qui répondent aux instructions de l’ADN de manière précise et dynamique, représentent une étape importante vers une nouvelle génération de matériaux adaptatifs et réactifs pour des applications allant de la médecine à la robotique ».
Ruohong Shi, Engr ’23 (PhD) « Ces automates en gel, qui répondent aux instructions de l’ADN de manière précise et dynamique, représentent une étape importante vers une nouvelle génération de matériaux adaptatifs et réactifs pour des applications allant de la médecine à la robotique », a indiqué Ruohong Shi, Engr ’23 (PhD), qui a travaillé avec Rebecca Schulman et David Gracias , tous deux professeurs au département d’ingénierie chimique et biomoléculaire de la Whiting School of Engineering, sur l’étude. Shi est chercheur postdoctoral à l’Institut national des normes et de la technologie.
Les changements de forme se produisent constamment dans la nature, depuis le développement des embryons jusqu’à la croissance et au vieillissement des organismes. Pour créer les gels, les chercheurs se sont inspirés des systèmes vivants qui utilisent des acides nucléiques pour induire des changements physiques, des machines traditionnelles qui peuvent se reconfigurer de manière répétée sur la base d’instructions, et des robots mous qui changent de forme en réponse à des signaux lumineux ou électriques.
« Notre étude montre comment nous pouvons programmer des changements de forme similaires dans des matériaux très souples à l’aide de produits chimiques », a déclaré M. Gracias.
Dans leur étude, les chercheurs ont d’abord mis au point des gels capables de croître ou de rétrécir en réponse aux signaux émis par quatre séquences d’ADN indépendantes, sans autre intervention humaine. Ils ont observé la transformation des gels, en quantifiant leurs réponses à divers signaux chimiques à l’aide de l’imagerie time-lapse.
Ils ont découvert que la vitesse à laquelle les gels changent de forme est influencée par la vitesse à laquelle l’eau entre et sort des gels. Les chercheurs notent que ce phénomène est similaire aux phénomènes naturels impliquant des substances ou des tissus gélifiés, tels que la progression des maladies et la cicatrisation du corps au fil du temps.
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Ensuite, l’équipe a combiné de minuscules sections de quatre types différents de gels infusés d’ADN pour créer des bandes capables de changer de forme. Chaque section pouvait être commandée individuellement pour grandir ou rétrécir, ce qui permettait aux chercheurs de contrôler la forme de l’ensemble de la bande.
« Les organismes utilisent des biomolécules pour diriger des changements spécifiques de leur forme », a ajouté M. Schulman. « Nos automates en gel peuvent faire de même : ils sont constitués de micro-segments qui peuvent grandir ou rétrécir lorsqu’ils sont exposés aux instructions de l’ADN. »
Pour classer ces formes, les chercheurs ont mis au point un réseau neuronal convolutif (CNN), un type d’intelligence artificielle qui analyse les modèles visuels. En entraînant cette IA avec des images de chiffres manuscrits et des formes de gel simulées, les chercheurs ont créé des bandes d’un centimètre de long capables de se transformer en lettres de l’alphabet et en nombres pairs ou impairs. Selon l’équipe, cette combinaison innovante d’un matériau contrôlé par l’ADN et d’une classification par l’IA ouvre la voie au développement de matériaux complexes capables de changer de forme.
« Les automates programmables en gel sont intellectuellement fascinants parce qu’ils nous permettent d’entrevoir comment nous pourrions créer une matière véritablement programmable », a conclu M. Gracias.
Légende illustration : Des ingénieurs de Johns Hopkins créent des matériaux minuscules réactifs qui se reconfigurent dynamiquement en fonction de signaux chimiques
Source: jhu – Traduction Enerzine.com
