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Grâce à l'acharnement et à la passion de plusieurs chercheurs·euses, la robotique est en train de coupler machine et cellule vivante, se rapprochant un peu plus de la science-fiction.

par Malaurie Chokoualé Datou | 24 septembre 2019

Le ver

À 200 km au sud de Chicago, dans un labo­­ra­­toire de l’uni­­ver­­sité de l’Il­­li­­nois à Urbana-Cham­­paign, des excla­­ma­­tions victo­­rieuses accueillent la nage fréné­­tique d’un minus­­cule engin. Il faut dire que le robot n’est pas bien grand. De la taille d’une tête d’épingle, sa largeur avoi­­sine le milli­­mètre et on distingue avec peine les neurones qu’il porte sur son dos. Ses deux queues s’agitent fébri­­le­­ment suivant la contrac­­tion des cellules muscu­­laires. Entre la grenouille et le sper­­ma­­to­­zoïde difforme, il évolue lente­­ment, par à-coups secs et rapides, diffi­­ci­­le­­ment visibles à l’œil nu.

Comme les six autres cher­­cheurs qui l’en­­tourent, Taher Saif accueille cette nouvelle victoire avec satis­­fac­­tion. D’un micro­­mètre par seconde, la vitesse du nageur peut paraître risible, mais elle est pour­­tant pleine de promesses. Profes­­seur de sciences méca­­niques et d’in­­gé­­nie­­rie, l’homme a dirigé cette étude avec le profes­­seur de bio-ingé­­nie­­rie Rashid Bashir. C’est de ce travail à quatorze mains qu’est né ce robot micro­s­co­­pique, propulsé par des muscles et des nerfs.

Dans son sillage, le petit engin char­­rie aussi de nombreuses craintes. Car si ses succes­­seurs seront « plus conscients d’eux-mêmes » d’ici trois ou quatre ans, dixit Taher Saif, c’est que sa ressem­­blance avec le ver de Matrix n’est pas fortuite. Dans le film de science-fiction sorti en 1999, un petit appa­­reil sorti de la poche d’un agent se trans­­forme en crevette élec­­tro­­nique. Puisque le héro, Néo, ne veut pas aider les auto­­ri­­tés à captu­­rer Morpheus, elles sondent ses entrailles à l’aide de cette créa­­ture terri­­fiante aux vertèbres de fer. 

Deux décen­­nies plus tard, la fusion entre biolo­­gie et machine ne relève plus de la science fiction. Taher Saif assure que ses petits robots vont déve­­lop­­per leur mémoire et leur logique. Cette « robo­­tique molle » est pleine de promesse, mais elle engendre aussi pléthore d’ap­­pré­­hen­­sions. 

Le biobot nageur mis au point par Taher Saif et son équipe en 2019
Crédits : M. Taher A. Saif et co.

Biobots

La robo­­tique molle (soft robo­­tics en anglais) désigne la construc­­tion de dispo­­si­­tifs consti­­tués de struc­­tures souples ou défor­­mables, depuis le plas­­tique jusqu’au sili­­cone, en passant par les ressorts et les élas­­tiques. Appa­­rus à la fin des années 1980, les « robots mous » ont vu naître depuis le début du XXIe siècle un engoue­­ment crois­­sant de la part du monde scien­­ti­­fique, car « à la diffé­­rence de leurs confrères rigides, [ils] disposent d’une grande souplesse et d’une mobi­­lité accrue », explique le cher­­cheur français en robo­­tique défor­­mable, Olivier GouryLes possi­­bi­­li­­tés de la robo­­tique molle sont vastes. Et l’in­­té­­gra­­tion de cellules muscu­­laires à ce domaine a mené au déve­­lop­­pe­­ment de machines d’un nouveau genre appe­­lées robots biolo­­giques, ou biobots. 

En septembre 2019, en compa­­gnie d’une nouvelle équipe, Saif a fran­­chi une fron­­tière encore inex­­plo­­rée en robo­­tique biolo­­gique, « l’ac­­ti­­va­­tion neuro­­nale et le contrôle de machines biohy­­brides ». Après avoir conçu un dispo­­si­­tif mou prévu pour être compa­­tible avec des cellules vivantes, les cher­­cheurs l’ont animé grâce à un tissu muscu­­laire sque­­let­­tique stimulé par un groupe de neurones déri­­vés de cellules souches. Comme ils l’ex­­pliquent dans leur étude, les neurones permettent de mieux contrô­­ler les mouve­­ments du biobot.

Les scien­­ti­­fiques ont long­­temps cher­­ché à opti­­mi­­ser les capa­­ci­­tés de nage du robot. Ils ont tâtonné, construi­­sant des dispo­­si­­tifs de formes diverses, avant de fina­­le­­ment n’en rete­­nir qu’une seule. Le résul­­tat se rapproche visuel­­le­­ment d’une petite cellule avec deux queues flagel­­laires. Ces neurones ayant des proprié­­tés opto­­gé­­né­­tiques, une fois expo­­sés à la lumière, ils s’ac­­tivent pour faire bouger les muscles.

Taher Saif n’en est cepen­­dant pas à son coup d’es­­sai. Il s’est inté­­ressé à ce domaine émergent en 2009 avec deux autres scien­­ti­­fiques du MIT. « On pensait que ce serait cool de pouvoir propo­­ser ce sujet inédit à la Natio­­nal Science Foun­­da­­tion », raconte l’in­­gé­­nieur dégarni. Lui qui pensait que sa propo­­si­­tion allait rece­­voir un accueil glacial, il a fina­­le­­ment commencé à travailler au déve­­lop­­pe­­ment de biobots.

En 2012, il a dirigé une équipe de l’uni­­ver­­sité de l’Il­­li­­nois à Urbana-Cham­­paign qui a travaillé à la créa­­tion d’un robot biolo­­gique capable d’avan­­cer, grâce à des cellules muscu­­laires cardiaques de rat. L’en­­nui était que ces dernières se contrac­­taient en perma­­nence et qu’il était donc diffi­­cile d’en contrô­­ler le mouve­­ment. Avec la « compré­­hen­­sion des inter­­ac­­tions entre cellules », la coor­­di­­na­­tion du mouve­­ment reste ainsi l’un des défis persis­­tants de la robo­­tique. 

Deux ans plus tard, assisté de la même équipe, il s’est dirigé vers des cellules de muscles sque­­let­­tiques, comman­­dées par des impul­­sions élec­­triques. Il a ainsi conçu un proto­­type de robot biolo­­gique auto­­pro­­pulsé capable de marcher et de nager avec une queue. Cette étude « a démon­­tré avec succès que les robots, conçus sur le modèle des sper­­ma­­to­­zoïdes, pouvaient en fait nager », s’est réjoui Saif. Toute­­fois, ce robot ne pouvait pas encore ni « détec­­ter l’en­­vi­­ron­­ne­­ment, ni prendre de déci­­sion ».

Les petits robots imagi­­nés par Taher Saif et consorts ne sont pour l’ins­­tant pas parti­­cu­­liè­­re­­ment intel­­li­­gents, car leur fonc­­tion neuro­­nale se résume fina­­le­­ment à acti­­ver auto­­ma­­tique­­ment leurs muscles lorsqu’ils sont touchés par la lumière. Leurs mouve­­ment restent diffi­­ciles à contrô­­ler. Mais c’est une donnée que les scien­­ti­­fiques espèrent bien amélio­­rer dans un avenir pas si loin­­tain. Une fois que la tech­­no­­lo­­gie sera maîtri­­sée, elle pourra être inté­­grée à ces robots aux appa­­rences d’ani­­maux actuel­­le­­ment en déve­­lop­­pe­­ment : en mai dernier, l’ar­­mée sud-coréenne a annoncé qu’elle allait s’équi­­per de drones aux allures d’oi­­seaux, de serpents ou d’ani­­maux marins. 

Profes­­seur de sciences méca­­niques et d’in­­gé­­nie­­rie, Taher Saif
Crédits : North South Univer­­sity

Chan­­ger de para­­digme

Les robots biohy­­brides font face à diffé­­rents défis et enjeux tech­­niques. Tout d’abord, leurs cellules devant être alimen­­tées, ils ont une durée de vie précaire. Par exemple, « les cellules muscu­­laires cardiaques de rats peuvent tenir six mois en étant nour­­ries conti­­nuel­­le­­ment », explique Taher Saif. En outre, elles ne peuvent être utili­­sées sous des tempé­­ra­­tures extrêmes, ce qui limite inévi­­ta­­ble­­ment leur appli­­ca­­tion.

Enfin, la robo­­tique molle – et ainsi, la robo­­tique biolo­­gique – est un domaine encore jeune, et il est une parti­­cu­­la­­rité propre à ces machines vivantes avec laquelle il faudra compo­­ser. En robo­­tique biolo­­gique, deux machines desti­­nées à remplir la même fonc­­tion ne seront jamais complè­­te­­ment iden­­tiques. « Tout comme les jumeaux », s’ex­­clame Saif. « L’un peut se dépla­­cer plus rapi­­de­­ment ou se soigner autre­­ment que l’autre. » 

Les cher­­cheurs espèrent dévelop­­per bien­­tôt des systèmes vivants multi­­cel­­lu­­laires qui pour­­raient réagir à ce qui les entourent, comme chan­­ger de trajec­­toire après avoir heurté une paroi. À terme, on pour­­rait imagi­­ner que les robots biohy­­brides fassent irrup­­tion dans les blocs opéra­­toires pour assis­­ter les chirur­­giens ; car aidés par des cellules vivantes, ils pour­­raient effec­­tuer des mouve­­ments bien plus précis qu’une machine clas­­sique.

Plus géné­­ra­­le­­ment, ils pour­­raient être employés dans « l’ad­­mi­­nis­­tra­­tion de médi­­ca­­ments, la robo­­tique chirur­­gi­­cale, à faire des implants intel­­li­­gents ou des analy­­seurs envi­­ron­­ne­­men­­taux mobiles, parmi d’in­­nom­­brables autres appli­­ca­­tions », explique Caro­­line Cvet­­ko­­vic, qui a eu l’oc­­ca­­sion de travailler sur ce projet. 

Credits : L. Brian Stauf­­fer

En défi­­ni­­tive, selon Taher, de plus en plus de robots seront souples dans le futur, mais tous ne seront pas biolo­­giques. « De plus, les robots biolo­­giques ne seront que construits sur demande », ajoute Taher. On peut imagi­­ner la nais­­sance d’un nouveau para­­digme dans le trai­­te­­ment des mala­­dies d’ici 2050. Par exemple, pour soigner un patient, des cellules souches seront préle­­vées et conver­­ties en neutrons, qui seront utili­­sés pour construire un biobot sur mesure. Une fois inséré dans le patient, ce mini-robot loca­­li­­sera la zone à soigner et, une fois arrivé sur place, « produira le trai­­te­­ment appro­­prié, avant de s’auto-détruire ».

Autre­­ment dit, comme dans la scène de l’in­­ter­­ro­­ga­­toire de Néo, au début de Matrix, des engins seraient aptes à enva­­hir un corps afin de l’ob­­ser­­ver ou de modi­­fier son fonc­­tion­­ne­­ment. Les méde­­cins seraient bien sûr ravis, mais ils ne seraient pas les seuls : les services de police ou de rensei­­gne­­ment n’au­­raient aucun mal à savoir quoi en faire.

À l’orée de la conscience

Taher a un autre rêve. À l’ave­­nir, il espère que ces neurones embarqués pour­­ront être program­­més pour prendre des déci­­sions. En déve­­lop­­pant leur mémoire ou leur logique, il entre­­voit que d’ici trois ou quatre ans, les robots seront « plus conscients d’eux-mêmes ». Saif assure toute­­fois qu’il s’agira là d’une conscience basique. Ils pour­­raient par exemple deve­­nir « conscients de la tempé­­ra­­ture qu’il fait et déci­­der de fuir.»

L’éla­­bo­­ra­­tion d’une conscience en labo­­ra­­toire est déci­­dé­­ment dans l’air du temps, les scien­­ti­­fiques dési­­rant « amener de la conscience, de l’in­­tel­­li­­gence, dans le système », alors même que carac­­té­­ri­­ser la conscience n’est pas chose aisée. « La conscience est quelque chose de complexe, de profond, et cela fait long­­temps qu’on essaie de la comprendre », sourit Taher. Le cher­­cheur assure toute­­fois que ces robots ne ressen­­ti­­ront aucune émotion, qu’ils n’au­­ront aucune concep­­tion de la douleur émotion­­nelle, ce que le profes­­seur consi­­dère comme un « haut niveau de conscience ».

Les ques­­tions qu’en­­traînent la créa­­tion d’une conscience arti­­fi­­cielle et celle de biobots sont sensi­­ble­­ment iden­­tiques. De part et d’autre, les recherches scien­­ti­­fiques ont le don d’ef­­frayer un public non initié, lui rappe­­lant malgré lui un film catas­­trophe dont il connaît déjà la fin.

C’est pourquoi Taher insiste sur la créa­­tion d’un kill switch. « À partir de quand faut-il arrê­­ter une étude ? » s’in­­ter­­roge-t-il. « À partir du moment où, en tant que cher­­cheur, on pense que ça pour­­rait être dange­­reux, il est néces­­saire de faire instal­­ler un coupe-circuit », sur le robot. En atten­­dant, Taher ne lâche pas son objec­­tif du regard, aspi­­rant plus que jamais à « atteindre une forme de conscience », « cette habi­­lité à déci­­der », aussi petite soit-elle.


Couver­­ture : Univer­­sity of Illi­­nois at Urbana-Cham­­paign


 

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