💪 Ces tendons artificiels rendent les robots 30 fois plus forts

La frontière entre le tissu vivant et la machine s'estompe dans les laboratoires du MIT. Des ingénieurs y ont développé une interface inspirée de la biologie qui permet à des muscles cultivés en laboratoire d'actionner des structures robotiques. Cette approche surmonte une difficulté importante des robots biohybrides en s'appuyant sur un principe fondamental de l'anatomie animale.

Le cœur de l'innovation tient à la création de tendons artificiels. Conçus comme des intermédiaires mécaniques entre la matière biologique et les pièces synthétiques, ces tendons sont fabriqués à partir d'un hydrogel spécial. Ensemble, le muscle et cet hydrogel forment une unité fonctionnelle cohérente. Cette architecture reproduit le schéma naturel muscle-tendon-os, optimisant ainsi le transfert de la force de contraction vers un actionneur robotique, comme une pince.

Le principe biomécanique: une jonction intelligente

La principale difficulté des robots biohybrides venait de l'incompatibilité mécanique entre la grande souplesse du tissu musculaire et la rigidité des squelettes artificiels. Une fixation directe conduisait souvent à l'endommagement du muscle ou à une perte d'énergie. L'équipe du MIT a résolu ce problème en s'inspirant de la nature, où les tendons servent précisément d'éléments de transition.

Les chercheurs ont modélisé le système comme un ensemble de trois éléments aux propriétés distinctes, représentant le muscle, les tendons et le squelette robotique. Cette modélisation a permis de calculer la rigidité idéale des tendons artificiels pour transmettre un maximum de force sans léser le muscle. Le matériau choisi, un hydrogel, a été conçu pour posséder exactement cette propriété.

Une fois fabriqués, ces câbles d'hydrogel ont été fixés aux extrémités d'une bande de muscle. L'ensemble a ensuite été relié aux doigts d'une pince robotique. Cette configuration permet de concentrer la force de contraction sur le mouvement souhaité, évitant ainsi le gaspillage d'énergie des conceptions antérieures.

Des performances accrues et une nouvelle modularité

Les résultats, publiés dans la revue Advanced Science, sont nets. Par rapport à un système où le muscle est attaché directement au squelette, le dispositif avec tendons artificiels a permis à la pince de se fermer trois fois plus vite. Plus remarquable encore, la force exercée a été augmentée d'un facteur 30. Cette hausse montre l'amélioration du transfert mécanique.

La solidité du système a aussi été éprouvée, l'unité muscle-tendon conservant ses performances sur plus de 7 000 cycles de contraction. Les chercheurs indiquent que le rapport puissance/poids du système a été multiplié par 11. Une petite quantité de tissu musculaire, correctement connectée, peut donc réaliser un mouvement bien plus efficace.

Cette percée introduit un degré élevé de modularité dans la conception des robots biohybrides. Comme le souligne Ritu Raman, les tendons artificiels agissent comme des connecteurs interchangeables. Cette approche rend possible l'assemblage de systèmes de différentes natures, qu'il s'agisse d'outils micrométriques pour la chirurgie ou de dispositifs autonomes, en choisissant chaque fois l'unité motrice adaptée.