Concept / TRL1-2
MOBOT Robot multi-cellulaire souple (Multicellular sOft roBOT)
BIOMIM’EXPO 2020
Rappel La cellule, unité de base des êtres vivants. Celle-ci est constituée d’une membrane phospholipidique contenant des protéines aux nombreuses fonctions, les récepteurs. A l’intérieur de la cellule, on retrouve une série d’organites ayant des rôles spécifiques dont, entre autres, le noyau contenant l’ADN (Acide DésoxyriboNucléique), les mitochondries fournissant l’énergie, les vacuoles assurant le stockage et le cytosquelette permettant les mouvements. Le tout baigne dans le cytoplasme. La structure et les fonctions remplies par les cellules sont extrêmement complexes et variées. En s’inspirant de leur mode de fonctionnement, il est possible de concevoir de nouvelles technologies disruptives aux applications multiples : des robots multicellulaires souples.
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Animation 3D :
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“Inner life of cell” de XVIVO scientific animation https://xvivo.com/blog/the-inner-life-of-the-cell-animation/
Représentation schématique du MOBOT L’unité du robot multicellulaire est une cellule constituée de 5 éléments principaux : •
La membrane rempli plusieurs fonctions (1)
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Différents « récepteurs » permettent d’interagir avec l’environnement (2-3-4-5-6-7-8)
•
Le cytosquelette assure la déformation et le mouvement grâce aux principes de tenségrité*.
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Le noyau, principal organe d’organisation électromécanique de la cellule, (9)
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Le cytoplasme, constituant l’intérieur de la cellule (liquide ou gaz). (10)
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(Mitochondrie : stockage d’énergie)
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(Vacuole : stockage de matière)
*Tenségrité : faculté d'une structure à se stabiliser par le jeu des forces de tension et de compression qui s'y répartissent et s'y équilibrent
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La membrane La membrane est constituée de 3 couches : - La couche externe assure la protection de la cellule et est couverte de panneaux photovoltaïque souples afin d’assurer la production d’énergie. - La couche intermédiaire contient un fluide d’autoréparation. - La couche interne assure l’imperméabilité
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Endocytose et exocytose
Les récepteurs (1/2) Jonctions Tight
Au niveau de la membrane se trouve des récepteurs remplissant différents rôles :
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L’endocytose et l’exocytose (2) permet d’ingérer ou d’excréter des composants de ou vers l’extérieur
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Les jonctions « Tight » (3) permettent à deux cellules de se joindre de manière solide
•
Les jonctions d’échange (4) permettent d’échanger matière, énergie et information directement avec les autres cellules voisines.
Jonctions d’échange
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Système de détection
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Système de harponnage cnidocyte
Les récepteurs (2/2) Au niveau de la membrane se trouve des récepteurs remplissant différents rôles :
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Des récepteurs de détection (5) spécifiques et sensibles protégés peuvent être mis en action à la demande;
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Les cnidocytes (6) permettent de lancer des harpons rétractables pour s’accrocher à n’importe quelle surface (cf méduses);
•
Certains récepteurs peuvent aussi servir de système de communication (7).
Système de communication
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Le cytosquelette Câbles et tuyaux reliant le noyau à la membrane dont le fonctionnement se base sur les principes de la tenségrité. Il assure le mouvement de la cellule par « rolling », reptation ou même par l’utilisation de flagelle (8) (pour la version Mobot-Liquid). Le cytosquelette assure également le transport de matière, d’énergie et d’information.
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Le noyau 9 Le noyau est relié à la membrane par des filaments, des câbles et/ou des tuyaux, le cytosquelette. Il organise et régule le fonctionnement du Mobot. Des noyaux secondaires peuvent être envisagés pour améliorer les possibilités de morphing et d’adaptatbilité de la cellule (= syncitium). Le noyau sert également de système de régulation et de stockage. Il est aussi envisageable de développer des organites spécifiques : mitochondrie pour le stockage d’énergie et vacuoles pour le stockage de matière. Le fait que ce noyau soit dans une enveloppe protectrice et entouré d’un fluide, assure théoriquement une meilleure résistance du Mobot en environnement hostile (radiations, chaleur, etc.).
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Le cytoplasme Liquide ou gaz en fonction des versions. Permet de protéger l’intérieur de la cellule et servir de réserve.
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Exemple d’application: Le transfert En cas de besoin, les cellules s’unissent en utilisant de jonctions « tight » afin de pouvoir établir des jonctions d’échange stables .
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Exemple d’application: Le morphing La cellule Mobot peut se déplacer par reptation ou rolling et changer de forme pour pénétrer dans des endroits difficiles d’accès.
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Exemple d’application: Le déplacement Une cellule-mère se déplace par rolliing et transporte de multiples cellules-filles sur elle. La cellule-mère peut également endocyter les cellules filles pour en faciliter le transport et les libérer sur le lieu requis. Enfin, grâce à des jonctions adéquates, les cellules-filles spécialisées peuvent explorer l’environnement en restant sécurisé par la cellule mère.
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Exemple d’application: Le soutien exploration Deux cellules-mère assurent une cellule-fille exploratrice. La première s’est aplatie pour augmenter la captation lumineuse et assurer la communication. Elle est jointe à une autre cellule mère par jonction-Tight-échange. Cette dernière transfert énergie, informations et matière, et assure la cellule fille qui s’éloigne vers le lieu d’intérêt. La cellule-fille spécialisée en système de détection est accrochée via un câble-tuyau à une des cellules-mères avec qui elle échange information et énergie.
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Exemple d’application: Le transport (1/3) Le Mobot peut également servir de transport de cargo d’objet ou de personnes. Le cargo est indépendant et est accroché par de multiples connexions. Afin d’assurer la sécurité du cargo, celui-ci possède ses propres parachutes et bouées gonflables. Il adapte sa forme pour pouvoir faire des manœuvre fines et lente.
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Exemple d’application: Le transport (2/3) Au fur et à mesure que le Mobot-Air monte en altitude, il change de forme pour acquérir un profil plus aérodynamique. Les réacteurs (MHD, SABRE, T1, ?) placés à l’extrémité opposée du cockpit s’alignent. Il est même possible d’envisager plusieurs cargos.
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Exemple d’application: Le transport (3/3) Le Mobot-Aie peut se transformer en SSTO (Single Stage to Orbit) grâce à des moteurs SABRE ou T1. Une fois hors de l’atmosphère, il se transforme en voile solaire, en Mobot-Space.
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Contact Ce projet peut sembler fou et irréalisable. Pourtant, la plupart de ces technologies existent déjà depuis des milliards d’années et se trouvent dans chacune de nos cellules. Les solutions sont là. Encore faut-il savoir où et comment regarder. Ce projet ne verra le jour que si on met pas en place une vraie collaboration interdisciplinaire et des moyens financiers adéquats. Merci de nous contacter si vous êtes intéressé.
Tecnology Readiness level : 1-2
Stephan G. Hoornaert Biologiste moléculaire, biomiméticien, expert en économie régénérative, gardien du feu et futuriste
+32 486 477 015 biomimicry.be@gmail.com
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La nature est une source inépuisable d’inspiration et elle n’a pas besoin de nous. C’est nous qui avons besoin d’elle...
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