Des scientifiques créent des muscles artificiels à partir de cellules épidermiques d’or et d’oignon.

Les muscles artificiels de l’oignon peuvent s’étendre ou se contracter pour se plier dans différentes directions en fonction de la tension appliquée, explique un groupe de scientifiques dirigé par le Dr Wen-Pin Shih de l’Université nationale de Taiwan.

L'image de gauche est un diagramme schématique des cellules épidermiques d'oignon plaquées avec de l'or de différentes épaisseurs agissant comme des électrodes supérieures et inférieures. L'image de droite montre l'actionneur d'oignon terminé. Crédit : Chien-Chun Chen et al, doi : 10.1063/1.4917498.

L’image de gauche est un diagramme schématique des cellules épidermiques d’oignon plaquées avec de l’or de différentes épaisseurs qui servent d’électrodes supérieure et inférieure. L’image de droite montre l’actionneur d’oignon terminé. Crédit : Chien-Chun Chen et al, doi : 10.1063/1.4917498.

Les muscles artificiels sont des actionneurs solides et légers capables de se plier ou de se contracter et de s’allonger.

Cependant, il n’existe actuellement aucun muscle artificiel capable d’accomplir ces actions simultanément.

Le Dr Shih et ses co-auteurs ont pensé que les cellules épidermiques d’oignon pourraient être un candidat viable pour la tâche délicate de créer un muscle plus polyvalent, capable de se dilater ou de se contracter tout en se pliant. L’épiderme de l’oignon – une peau fragile que l’on trouve juste sous la surface de l’oignon – est une fine couche translucide composée de cellules en bloc disposées en un réseau serré.

L’objectif initial était de développer une microstructure artificielle dans les muscles artificiels afin d’augmenter la déformation de l’actionnement”, a déclaré le Dr Shih, qui est l’un des co-auteurs de l’étude publiée dans la revue “The Journal”. Applied Physics Letters. “Un jour, nous avons constaté que la structure cellulaire de l’oignon et ses dimensions étaient similaires à ce que nous avions fabriqué”.

Les scientifiques ont constaté que la microstructure monocouche et grillagée des cellules d’oignon après traitement à l’acide devenait élastique et pouvait simultanément s’étirer et se plier lorsqu’un champ électrique était appliqué.

“En modulant l’amplitude de la tension, le muscle artificiel constitué de cellules épidermiques d’oignon pouvait dévier dans des directions opposées tout en se contractant ou en s’allongeant”, ont-ils déclaré.

Pour transformer les cellules d’oignon en muscles artificiels, le Dr Shih et ses collègues de l’Université nationale de Taiwan et de l’Université de Waterloo, au Canada, ont traité les cellules avec de l’acide pour éliminer l’hémicellulose, une protéine qui rend les parois cellulaires rigides.

“Après le prétraitement à l’acide, il ne reste qu’une petite quantité d’hémicellulose dans la paroi cellulaire des cellules épidermiques de l’oignon.”

Ils ont ensuite pulvérisé la couche de cellules épidermiques d’oignon avec différentes épaisseurs d’or sur les deux faces (en haut – 24 nm ; en bas – 50 nm).

Les couches d’or ont été déposées intentionnellement à des épaisseurs différentes afin de générer une rigidité à la flexion différente sur les parois cellulaires supérieure et inférieure. Ceci afin de rendre l’actionnement par flexion plus proéminent.

“Nous avons intentionnellement fait en sorte que les électrodes supérieures et inférieures aient une épaisseur différente afin que la rigidité de la cellule devienne asymétrique de haut en bas”, a expliqué le Dr Shih.

L’asymétrie a permis aux scientifiques de contrôler la réponse des muscles : une faible tension les fait se dilater et fléchir vers le bas, vers la couche inférieure plus épaisse. Une tension élevée, en revanche, provoquait la contraction des cellules et leur flexion vers le haut, vers la couche supérieure plus fine.

Pour démontrer l’utilité de leur dispositif, le Dr Shih et ses co-auteurs ont combiné deux muscles d’oignon en une paire de pinces à épiler, qu’ils ont utilisée pour ramasser une boule de coton.

À l’avenir, l’équipe prévoit d’augmenter la puissance de levage de leurs muscles artificiels.

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