Lors d’expériences impliquant une simulation de l’œsophage humain et de l’estomac, des chercheurs du MIT, de l’Université de Sheffield, et de l’Institut de Technologie de Tokyo ont montré qu’un minuscule robot en origami peut se dérouler à partir d’une capsule ingérée et, dirigé par des champs magnétiques externes, nager à travers la paroi de l’estomac pour enlever une pile bouton ingérée ou colmatée une plaie.

Le nouveau travail, que les chercheurs ont présenté lors de la Conférence internationale sur la robotique et l’automatisation, est le fruit d’une longue série de documents sur les robots origami à partir du groupe de Daniela Rus, professeure dans le département génie électrique et d’informatique du MIT.

« C’est vraiment excitant de voir nos petits robots origami faire quelque chose ayant des applications potentielles importantes pour les soins de santé», précise Daniela Rus, qui dirige également le CSAIL (Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory) du MIT. « Pour les applications à l’intérieur du corps, nous avons besoin d’un petit système robotique contrôlable et autonome. Il est très difficile de contrôler et de placer un robot à l’intérieur du corps si le robot est rattaché à un câble ».

Bien que le nouveau robot soit le successeur de celui rapporté dans la même conférence l’année dernière, la conception de son corps est sensiblement différente. Comme son prédécesseur, il peut se propulser en utilisant ce qu’on appelle un mouvement « stick-slip » ou « par à-coups », dans laquelle ses appendices collent à une surface par frottement quand il exécute un mouvement, mais glisse à nouveau librement lorsque son corps se fléchit pour changer sa distribution de poids.

En outre, comme son prédécesseur – et comme plusieurs autres robots origami du groupe Rus – le nouveau robot se compose de deux couches de matériau de structure prenant en sandwich un matériau qui se rétracte lorsqu’il est chauffé. Un motif de fentes dans les couches externes détermine la manière dont le robot se pliera lorsque la couche intermédiaire se contracte.

La différence de matériau

L’utilisation envisagée du robot a également dicté une série de modifications structurelles.  Le système « par à-coups » ne fonctionne que lorsque, un, le robot est assez petit et, deux, le robot est assez raide. Avec la conception originale en mylar, il était beaucoup plus rigide que la nouvelle conception, qui est basée sur un matériau biocompatible.

Pour compenser la malléabilité relative du matériau biocompatible, les chercheurs ont dû proposer une conception qui exige moins de fentes. En même temps, les plis du robot augmentent sa rigidité le long de certains axes.

Mais parce que l’estomac est rempli avec des fluides, le robot ne repose pas entièrement sur le mouvement par à-coups. « Dans notre calcul, 20 % des mouvements vers l’avant se fait par propulsion d’eau – poussée – et 80 % par le mouvement par à-coups. À cet égard, les chercheurs ont introduit activement et appliqué le concept et les caractéristiques de la nageoire à la conception du corps, que l’on peut voir dans une conception relativement plate.

Il devait également être possible de comprimer suffisamment le robot pour qu’il s’adapte à l’intérieur d’une capsule ingérable. De même, lorsque la capsule se dissout, les forces agissant sur le robot devaient être suffisamment solides pour l’amener à se déployer entièrement. Grâce à un processus de conception basé sur des essais et des erreurs, les chercheurs sont arrivés à un robot rectangulaire en accordéon qui se plie perpendiculairement à son axe en longueur et avec des coins pincés qui agissent comme des points de traction.

Dans le centre de l’un des plis en accordéon, se trouve un aimant permanent qui répond à l’évolution des champs magnétiques à l’extérieur du corps, qui contrôlent le mouvement du robot. Les forces appliquées sur le robot sont principalement la rotation. Une rotation rapide va le faire tourner sur place, mais une rotation plus lente le fera pivoter autour d’un de ses pieds fixes. Dans des expériences des chercheurs, le robot utilise le même aimant pour ramasser la pile bouton.

Des précédents porcins

Les chercheurs ont testé une douzaine de différentes possibilités pour le matériau de structure avant de se fixer sur le type d’intestin de porc sec utilisé dans les boyaux de saucisse. La couche rétractable est une pellicule rétractable biodégradable baptisée Biolefin.

Pour concevoir leur estomac synthétique, les chercheurs ont acheté un estomac de porc et testé ses propriétés mécaniques. Leur modèle est une section transversale ouverte de l’estomac et de l’oesophage, moulée à partir d’un caoutchouc de silicone ayant le même profil mécanique. Un mélange de jus de citron et d’eau simule les fluides acides dans l’estomac.

Chaque année, 3500 piles bouton sont avalées aux Etats-Unis. Fréquemment, les batteries sont digérées normalement, mais si elles entrent en contact prolongé avec le tissu de l’œsophage ou de l’estomac, elles peuvent provoquer un courant électrique qui produit de l’hydroxyde, qui brûle les tissus. Dès lors, le retrait des piles bouton avalées et le traitement des plaies conséquentes était une application convaincante du robot origami.

http://news.mit.edu/2016/ingestible-origami-robot-0512