CE45 - Mathématiques et sciences du numérique pour la biologie et la santé

Contrôle de micro-nageurs magnétiques dans des milieux complexes et confinés – NEMO

Résumé de soumission

NEMO propose de développer des méthodes numériques pour contrôler un micro-nageur dans les artères du corps humain.
Ces robots pourraient délivrer des doses ciblées de médicaments agissant sur les cellules cancéreuses avant qu'elles ne forment de nouvelles tumeurs, évitant ainsi les métastases et les effets secondaires des traitements traditionnels.

NEMO étudira des micro-robots, nommés Magnetozoons, composés d'une tête magnétique et d'une queue élastique immergés dans un fluide laminaire possiblement non-newtonien. Ces robots imitent la propulsion des spermatozoïdes en propageant une onde le long de leur queue.
Leur mouvement est contrôlé par un champ magnétique externe qui produit un couple sur la tête du robot, entraînant la déformation de la queue. La queue pousse alors le fluide environnant et le robot avance. L'avantage d'un tel nageur déformable est sa capacité à réaliser un grand nombre de stratégies de nage, qui peuvent être sélectionnées en fonction de la géométrie ou de la rhéologie des milieux biologiques dans lesquels il évolue (sang, rétine de l'œil ou autres tissus corporels).

Bien que le contrôle de ce type de micro-robots ait été étudié dans des environnements simples et sans bord, aujourd'hui le principal défi consiste à concevoir le champ magnétique externe à appliquer pour permettre à ces robots de naviguer dans des environnements biologiques complexes.

NEMO a pour objectif d'élaborer des commandes efficaces en couplant une optimization bayésienne à des simulations précises de la dynamique du nageur. Ces lois de commande seront validées à l'aide d'un dispositif experimental.

Dans une situation aussi complexe, où le fluide environnant est laminaire et éventuellement non-newtonien, l'optimisation d'un système dynamique fortement non linéaire, voire chaotique, à haute dimension, conduira à de nouveaux paradigmes. Les résultats de NEMO feront l'objet de plusieurs publications dans des revues de modélisation mathématique, d'analyse numérique, d'optimisation, de contrôle, de physique et des revues multidisciplinaires. Les développements numériques seront fournis sous forme de logiciels open-source.

Coordination du projet

Laetitia Giraldi (Centre de Recherche Inria Sophia Antipolis - Méditerranée)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Inria Centre de Recherche Inria Sophia Antipolis - Méditerranée

Aide de l'ANR 243 147 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2022 - 48 Mois

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