Jusqu’à présent, la fabrication d’objets plus petits que l’épaisseur d’un cheveu humain était réalisée par une méthode appelée polymérisation à deux photons, également connue sous le nom de 2PP – l’état de l’art actuel en microfabrication et nanofabrication 3D. De minuscules sculptures, telles qu’une réplique miniature de la tour Eiffel ou du Taj Mahal, ont fait la une des journaux.
Si ces créations sont impressionnantes à regarder, leur impact va bien au-delà. Les techniques de microfabrication et nanofabrication 3D sont importantes pour de nombreux domaines scientifiques, tels que la médecine, l’ingénierie et bien sûr la robotique.
Cependant, une limitation majeure persistait jusqu’à présent : les objets 3D miniatures ne pouvaient généralement être fabriqués qu’à partir de quelques matériaux, principalement des polymères. C’est un peu comme pouvoir imprimer des modèles incroyablement détaillés, mais avec un seul type de pâte à modeler.
Dans un article publié dans Nature le 28 janvier 2026, une équipe de scientifiques de l’Institut Max Planck pour les systèmes intelligents (MPI-IS) et de l’Université nationale de Singapour (NUS) démontre une nouvelle méthode de fabrication 3D à l’échelle micro et nanométrique qui n’est plus exclusivement limitée aux polymères. Dans leurs travaux, les chercheurs montrent comment ils utilisent toutes sortes de matériaux comme blocs de construction : des métaux aux oxydes métalliques, en passant par les matériaux carbonés ou les semi-conducteurs.
« L’idée clé de cette étude est de manipuler avec précision les interactions optofluidiques (écoulement induit par la lumière), guidant l’assemblage 3D de diverses micro- ou nanoparticules dans un espace 3D confiné », explique le co-auteur correspondant, Mingchao Zhang, professeur assistant à l’Université nationale de Singapour.
Le facteur décisif est l’écoulement localisé du fluide induit par la chaleur, qui résulte du chauffage par un laser femtoseconde d’un point minuscule à l’intérieur du liquide où les particules sont dispersées aléatoirement. À ce point chaud, les particules sont délibérément « guidées » ensemble par cet écoulement optofluidique. Si le laser est placé juste à côté d’un micromoule polymère préfabriqué – ressemblant beaucoup à un moule à gâteau – qui comporte une petite ouverture sur le côté, les particules s’assemblent et traversent cette ouverture, s’accumulant à l’intérieur du moule formé.
« Le laser femtoseconde induit un gradient thermique localisé qui génère un écoulement puissant propulsant les particules vers le modèle et à l’intérieur, exactement où nous le souhaitons. Par ailleurs, le moule peut avoir n’importe quelle forme : d’une structure cubique à des sphères, une forme de croissant, ou autre », indique le premier auteur de la publication, Xianglong Lyu, qui était au MPI-IS et est maintenant postdoctorant à l’Institut de technologie de Karlsruhe (KIT). « Une fois que nous avons assemblé toutes les particules, le modèle polymère est retiré lors d’une étape de post-traitement, laissant une structure autoportante composée entièrement du matériau cible avec la forme et la taille désirées. Ainsi, nous n’avons plus un seul type de pâte à modeler, mais toute une boîte à outils remplie de matériaux aux propriétés différentes. »
Pour montrer ce qu’il est possible de faire avec leur méthode d’assemblage optofluidique, l’équipe a construit divers dispositifs minuscules, tels que des microvalves capables de trier des particules par taille dans des canaux fins comme des cheveux. Ils ont également construit des micro-robots composés de plus d’un seul matériau et qui peuvent être déplacés de différentes manières, selon qu’ils sont actionnés par la lumière ou par un champ magnétique externe. Toutes les structures présentent une stabilité structurelle : les particules assemblées sont maintenues ensemble par de fortes forces de van der Waals, rendant les structures autoportantes et mécaniquement stables même sans liaison chimique.
« L’assemblage optofluidique surmonte les limitations matérielles de la polymérisation à deux photons traditionnelle. Notre nouvelle technologie nous permet de former de minuscules objets 3D à partir de presque n’importe quel matériau. Cela ouvre de nouvelles frontières pour les micro-robots multifonctionnels, la technologie à l’échelle microscopique et de nombreuses autres applications qui semblent encore relever de la science-fiction aujourd’hui », conclut Metin Sitti, qui dirigeait le département d’intelligence physique du MPI-IS et qui est maintenant président de l’Université Koç à Istanbul.
Xianglong Lyu, Wenhai Lei, Gaurav Gardi, Muhammad Turab Ali Khan, Shervin Bagheri, Mingchao Zhang et Metin Sitti – Article : Optofluidic three-dimensional microfabrication and nanofabrication – Journal : Nature – DOI : Lien vers l’étude
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