Des scientifiques développent une combinaison de plongée pour cafards cyborgs

Une combinaison souple et flexible avec un générateur d’oxygène intégré permet aux cafards cyborgs de survivre sous l’eau et dans des conditions de faible oxygène pendant trois heures.

Des scientifiques de la NTU Singapore et de l’Université Waseda ont développé une « combinaison de plongée » flexible pour les cafards cyborgs, permettant aux insectes de survivre et de se déplacer sous l’eau et dans des environnements à faible oxygène pendant trois heures.

Publiée aujourd’hui dans Nature Communications, cette étude pourrait étendre l’utilisation des insectes cyborgs dans les missions de recherche et de sauvetage, en particulier dans les zones sinistrées où les décombres inondés, les flaques d’eau ou les espaces partiellement submergés peuvent bloquer l’accès aux robots conventionnels.

Les insectes cyborgs sont des insectes vivants équipés de contrôleurs électroniques qui guident leurs mouvements. Comme ils utilisent leurs propres muscles pour se déplacer, ils consomment beaucoup moins d’énergie que les petits robots artificiels, qui nécessitent des batteries embarquées de forte puissance pour actionner les moteurs et autres composants.

Cependant, les insectes cyborgs dépendent toujours de leur système respiratoire naturel. Les cafards respirent par de petites ouvertures appelées stigmates, qui permettent à l’air de pénétrer dans le système trachéal pour les échanges gazeux. Lorsqu’ils sont immergés, ils ne peuvent pas absorber l’oxygène de l’eau.

Lors des tests, les scientifiques ont construit des tubes en plastique simulant divers environnements, tels que des tunnels inondés remplis de dioxyde de carbone pour reproduire un environnement à faible teneur en oxygène.

Avec la nouvelle combinaison, les insectes cyborgs ont pu rester actifs et se déplacer sous l’eau pendant trois heures.

Le professeur Hirotaka Sato, de l’École de génie mécanique et aérospatial, NTU Singapore, qui a dirigé l’étude, a déclaré : « Notre nouvelle combinaison de plongée pour insectes fonctionne comme le réservoir d’oxygène utilisé par les plongeurs humains. Elle génère de l’oxygène et le délivre directement aux orifices respiratoires de l’insecte, permettant au cafard cyborg de survivre et de se déplacer dans des environnements sous-marins ou à faible teneur en oxygène.

« C’est important car les sites sinistrés réels peuvent être difficiles après de fortes pluies ou inondations, bloquant les voies d’accès dans les décombres, les canalisations et les espaces étroits. En élargissant les paramètres opérationnels de nos insectes cyborgs pour inclure les déplacements sous-marins, nous pensons qu’ils peuvent améliorer les efforts de recherche et de sauvetage. »

Le professeur Shinjiro Umezu, de l’École des sciences créatives et de l’ingénierie, Université Waseda, a déclaré : « Le principal défi technique était de construire un système suffisamment petit, léger et flexible pour que l’insecte puisse le porter, tout en produisant assez d’oxygène pour des déplacements sous-marins de longue durée.

« Notre approche combine une coque étanche souple avec un générateur d’oxygène chimique simple mais fiable. Cela permet à l’insecte de conserver sa mobilité naturelle tout en étant protégé d’un environnement dans lequel il ne peut normalement pas survivre. »

Comment fonctionne la combinaison de plongée

La combinaison sous-marine se compose de trois parties : un réservoir de génération d’oxygène, une coque flexible et quatre tubes d’alimentation en oxygène en silicone. Ensemble, ils forment un système compact et autonome qui empêche l’eau de pénétrer tout en délivrant de l’oxygène directement aux stigmates du cafard.

Le réservoir de génération d’oxygène a été imprimé en 3D à l’aide d’une résine de type PMMA, un matériau plastique transparent. À l’intérieur du réservoir, les chercheurs ont placé une éponge imprégnée de dioxyde de manganèse, qui agit comme catalyseur.

Pour démarrer l’alimentation en oxygène, l’équipe a injecté une petite quantité de peroxyde d’hydrogène dilué dans le réservoir. L’ouverture a ensuite été scellée avec un adhésif ultraviolet pour éviter les fuites de liquide.

À l’intérieur du réservoir, le dioxyde de manganèse décompose lentement le peroxyde d’hydrogène et libère de l’oxygène. L’oxygène est ensuite acheminé à travers la coque flexible et les tubes en silicone jusqu’aux stigmates du cafard, lui permettant de respirer sous l’eau.

Les tubes sont fixés aux stigmates thoraciques de l’insecte et peuvent être retirés ultérieurement sans douleur ni dommage, ont indiqué les chercheurs.

Les chercheurs ont ensuite testé leur combinaison sur le cafard siffleur de Madagascar, une espèce couramment utilisée dans la recherche sur les insectes cyborgs en raison de sa taille, de sa robustesse et de l’absence d’ailes.

Cela le transforme ainsi d’un insecte cyborg terrestre en un cyborg amphibie capable d’opérer sur des terrains secs et humides.

Ce travail s’appuie sur plus d’une décennie de recherche sur les insectes cyborgs à la NTU, où le professeur Sato a développé des insectes cyborgs pour des applications terrestres, maritimes et aériennes.

Ses insectes cyborgs ont été déployés dans des opérations réelles de recherche et de sauvetage, comme l’opération Lionheart pour le séisme de magnitude 7,7 au Myanmar^[1] le 28 mars, et sont maintenant développés davantage pour l’inspection des infrastructures publiques.

D’autres travaux sont en cours pour tester la combinaison de plongée pour insectes cyborgs dans des environnements sinistrés simulés, améliorer sa durabilité et intégrer des capteurs et des systèmes de navigation pour une utilisation sur le terrain.

Au-delà de la recherche et du sauvetage, les résultats suggèrent également des utilisations possibles pour l’inspection des canalisations inondées, des drains, des tunnels et d’autres infrastructures difficiles d’accès.

À l’avenir, l’équipe a déclaré que le concept de combinaison de plongée pourrait être adapté à d’autres insectes cyborgs terrestres, notamment d’autres espèces de cafards, les criquets et les coléoptères.

Ces insectes partagent des structures corporelles et des systèmes respiratoires similaires, où l’oxygène pénètre par des stigmates appariés et est distribué par des réseaux internes de tubes à air.

La recherche a été soutenue par le ministère de l’Éducation de Singapour et le projet Top Global University de l’université Waseda.

L’équipe a ajouté qu’aucun insecte n’a été blessé et que tous ont été traités conformément aux directives de recherche.

L’innovation est soutenue par l’initiative NTU Innovation and Entrepreneurship et a fait l’objet d’un dépôt de brevet via NTUitive, la société d’innovation et d’entreprise de l’université.

[1] Sun, D. (2025, 5 avril). Les cafards cyborgs de Singapour aident aux efforts de recherche et de sauvetage lors du tremblement de terre au Myanmar. The Straits Times. https://www.straitstimes.com/singapore/spores-cyborg-cockroaches-helping-with-search-and-rescue-efforts-in-myanmar-quake

Article : Underwater Suit-Wearing Cyborg Insect Capable of Hours-Long Diving and Terra-Aqua Travel” – Journal : Nature Communications – Méthode : Experimental study – DOI : Lien vers l’étude

Source : NTU