Des chercheurs ont mis au point de minuscules structures véhiculaires pouvant être manœuvrées par des algues microscopiques. Ces algues sont capturées dans des paniers attachés aux micromachines, soigneusement conçues pour leur permettre de continuer à nager.
Deux types de véhicules ont été créés : le « rotateur », qui tourne comme une roue, et le « scooter », qui était censé se déplacer vers l’avant mais a montré des mouvements plus surprenants lors des tests. L’équipe prévoit d’essayer des conceptions différentes et plus complexes pour leurs prochains véhicules. À l’avenir, ces mini-équipes d’algues pourraient être utilisées pour aider à l’ingénierie environnementale et à la recherche au niveau microscopique.
La puissance des algues
Vous avez probablement entendu parler de la puissance des chevaux, mais qu’en est-il de la puissance des algues ? À l’instar d’un traîneau tiré par une équipe de chiens ou d’une charrue tractée par des bœufs, des chercheurs ont créé des machines microscopiques pouvant être déplacées par de petites et vives algues vertes unicellulaires.
« Nous avons été inspirés pour essayer de tirer parti de Chlamydomonas reinhardtii, une algue très courante trouvée dans le monde entier, après avoir été impressionnés par ses capacités de nage rapide et sans restriction », a indiqué Naoto Shimizu, étudiant à l’École supérieure des sciences et technologies de l’information de l’Université de Tokyo (au moment de l’étude), qui a initié le projet. « Nous avons maintenant montré que ces algues peuvent être piégées sans altérer leur mobilité, offrant une nouvelle option pour propulser des micromachines qui pourraient être utilisées à des fins d’ingénierie ou de recherche. »
Les micromachines ont été créées en utilisant une technologie d’impression 3D appelée stéréolithographie à deux photons. Cette imprimante utilise la lumière pour créer des microstructures à partir de plastique. L’équipe a travaillé à une échelle de 1 micromètre, soit 0,001 millimètre. Selon les chercheurs, la partie la plus difficile a été d’optimiser la conception du piège en forme de panier, afin qu’il puisse capturer et maintenir efficacement les algues lorsqu’elles y nagent.
Deux types de micromachines
Les pièges ont été attachés à deux micromachines différentes. La première, appelée le scooter, possède deux pièges qui retiennent chacun une algue. La seconde, appelée le rotateur, possède quatre pièges retenant au total quatre algues et est similaire à une grande roue. La taille et la forme des paniers permettaient aux deux flagelles des algues (petites appendices en forme de fouet) de continuer à bouger, propulsant ainsi les machines.
« Comme nous l’espérions, le rotateur a affiché un mouvement rotatif fluide. Cependant, nous avons été surpris par le scooter. Nous pensions qu’il se déplacerait dans une direction, car les algues font face à la même direction. Au lieu de cela, nous avons observé une gamme de mouvements erratiques de roulement et de basculement », a expliqué Haruka Oda, auteur principal et chercheur associé à l’École supérieure des sciences et technologies de l’information (IST). « Cela nous a incités à approfondir notre investigation sur la manière dont le mouvement collectif de plusieurs algues influence le mouvement de la micromachine. »
Avantages des micromachines
Selon les chercheurs, l’avantage principal de ces micromachines par rapport à celles propulsées par d’autres organismes réside dans le fait que ni la machine ni les algues ne nécessitent de modification chimique. Les algues n’ont pas non plus besoin de structures externes pour les guider dans le piège. Cela permet une plus grande liberté de mouvement pour la micromachine, tout en simplifiant le processus.
On ne sait pas encore combien de temps ces micro-chariots et leurs minuscules conducteurs peuvent survivre et continuer à fonctionner. Les Chlamydomonas reinhardtii individuels peuvent vivre environ deux jours, se multipliant pour produire quatre nouvelles algues. Les expériences ont été menées sur plusieurs heures, pendant lesquelles les micromachines ont maintenu leur forme.
Ensuite, l’équipe souhaite améliorer le rotateur pour qu’il tourne plus rapidement et créer de nouvelles conceptions de machines plus complexes.
« Les méthodes développées ici ne sont pas seulement utiles pour visualiser les mouvements individuels des algues, mais aussi pour développer un outil capable d’analyser leurs mouvements coordonnés dans des conditions contraintes », a conclu le professeur Shoji Takeuchi de l’IST, qui a supervisé le projet. « Ces méthodes ont le potentiel d’évoluer à l’avenir en une technologie pouvant être utilisée pour la surveillance environnementale dans les milieux aquatiques, et pour le transport de substances à l’aide de micro-organismes, comme le déplacement de polluants ou de nutriments dans l’eau. »
Légende illustration : Sans inhibition, les algues peuvent se déplacer à plus de 100 micromètres par seconde. Avec quatre algues dans les pièges, le rotateur se déplace à une vitesse moyenne de 20 à 40 micromètres par seconde. 2024 Groupe de recherche Shoji Takeuchi de l’Université de Tokyo
Haruka Oda, Naoto Shimizu, Yuya Morimoto, and Shoji Takeuchi, « Harnessing the Propulsive Force of Microalgae with Microtrap to Drive Micromachines, » Small, 20, 2402923: July 7, 2024, doi:10.1002/smll.202402923. Publication
