Micromachines artificielles dirigées par des nanomoteurs – NanoDArt

Le but de ce projet est de concevoir un fluide actif à l’échelle nanométrique, pour le développement de nouveaux types de machines micrométriques capables de générer du travail.
Les cellules biologiques sont des exemples de matière active. Elles se comportent comme de véritables usines microscopiques, orchestrant des processus complexes à l’échelle nanométrique. Emuler une telle ingénierie biologique avec des systèmes artificiels représente un but fondamental, notamment pour le développement de matériaux autonomes et l’accomplissement de tâches à des échelles petites inaccessibles à l’ingénierie ou à la robotique traditionnelles. Cela nécessite de comprendre les règles fondamentales régissant la dynamique et la capacité de systèmes artificiels hors-équilibre à générer du travail de manière contrôlée.
Dans ce contexte, NanoDArt s’inspire de l’ingénierie biologique, et vise à étudier et développer des fluides actifs composés de nanomoteurs artificiels, afin de permettre la construction de micromachines entièrement contrôlables et reconfigurables. L'approche novatrice de NanoDArt repose sur l'utilisation d'ensembles statistiques de nanomoteurs dans des volumes restreints, avec un contrôle optique précis de leur dynamique, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour la construction rationnelle de micromachines dirigées par des briques élémentaires internes. Pour sonder la dynamique de nanomoteurs en dépit du bruit thermique, le projet utilise des techniques de corrélation optique, de suivi de particule, et d’analyse statistique. Nous développerons un fluide actif composé de nanoparticules activées par la lumière, et autopropulsées par thermophorèse. Nous étudierons en particulier l’effet de la réduction d’échelle sur l’autopropulsion et les effets collectifs en 3D. Par la suite, nous quantifierons la pression et température actives de notre système, et utiliserons les propriétés statistiques du fluide pour construire un moteur colloïdal. Enfin, nous exploiterons le fluide actif nanométrique comme machinerie interne d’une microstructure déformable. Nous développerons ainsi un nouveau type de moteur microscopique, qui utilise le fluide actif comme carburant, et une membrane déformable comme piston, en analogie avec les moteurs thermiques. Pour cela, nous modulerons optiquement les forces internes induites par les nanomoteurs pour déformer et mouvoir la structure, programmant ainsi des protocoles de génération de travail.
La réalisation de ce projet ouvrira la porte vers la réalisation de nouveaux matériaux aux différentes échelles, basés sur l’utilisation de micromachines elles-mêmes activées par des nanomachines, et ne pouvant pas être construits avec les systèmes actuels.