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Les bio-MEMs ou comment associer MEMs et micro-organismes
On
sait que les MEMs (Microelectromechanical Systems) sont
des machines artificielles utilisant des composants physiques dont
la taille (millimétrique) se situe entre le macroscopique
et le nanoscopique. Elles sont de plus en plus utilisées
pour construire de micro-robots susceptibles d'intervenir soit dans
des machines de plus grande taille dont elles constitueront des
composants, soit à titre autonome, par exemple dans des dispositifs
utilisés pour l'exploration d'un organisme vivant.
Un
courant de recherche aujourd'hui très actif vise à
leur associer des micro-organismes vivants dont les propriétés
d'ingénierie biologique augmenteront considérablement
l'efficacité des MEMs. On parle à cet égard
de biotic-MEMs. Un article de Xiong, Xiaorong, Lidstrom, Mary E.,
et Parviz, Babak A. “Microorganisms for MEMS.”récemment
publié dans le Journal of Microelectromechanical Systems,
Vol. 16, No. 2, Avril 2007, en dresse le panorama.
La
connaissance, qui ne s'est précisée que récemment,
des capacités constructales naturelles de ces micro-organismes,
telles que la synthèse de divers corps ou l'auto-assemblage,
montre qu'ils peuvent avoir un rôle très important
au sein de nano et microsystèmes. La taille des micro-organismes
étudiés ne dépasse pas le millimètre.
Ils ne sont composés que de quelques cellules. Cependant
les chercheurs ont montré qu'ils pouvaient synthétiser,
dans un processus dit de bio-minéralisation, plus de 60 matériaux
inorganiques. Ce processus apparaît à l'œuvre
dans la nature depuis au moins 700 millions d'années.
De
plus, par ingénierie génétique, il devient
possible de modifier leurs propriétés afin de leur
faire synthétiser des oxydes de silicium, de la calcite et
des nodules magnétiques. Ces derniers sont analogues aux
cristaux de magnétosome qui sont utilisés naturellement
par certaines bactéries pour s'orienter selon le champ magnétique
terrestre. Avec les micro-organismes, de telles synthèses
se réalisent à température ordinaire et dans
des solutions aqueuses, au contraire des méthodes hautement
énergétiques et corrosives utilisées pour les
réaliser de façon artificielle. Les micro-organismes
peuvent aussi produire des cristaux d'or ou d'argent en 3 D susceptibles
de s'interfacer avec le monde macroscopique.
D'autres
micro-organismes, tel le micro-ver Spirostomum sont capables de
contractions spontanées à haut rythme qui en feront
des moteurs fonctionnels dans des micro-machines. D'autres pourront
servir de senseurs capables de détecter et d'amplifier la
présence de divers agents, dans la nourriture ou l'environnement.
D'autres encore pourront convertir l'énergie chimique ou
lumineuse en énergie électrique, ce qui en fera de
micro-piles ou micro-générateurs très économiques.
On
devine que la difficulté à résoudre consiste
à intégrer ces divers organismes dans des plateformes
à base de MEMs afin de leur permettre d'opérer durablement
et de façon fiable, tout en continuant à s'alimenter
voire à se reproduire. Des solutions sont en vue, mais elles
ne sont pas encore opérationnelles, malgré l'enjeu
considérable qui s'attache à leur réussite.
Sur
un plan plus philosophique, on ne s'étonnera pas de voir
des cellules vivantes capables de si nombreuses tâches d'ingénierie.
Dans l'histoire de l'évolution, ce fut grâce à
de telles capacités que se sont construits non seulement
les organismes plus complexes mais leur environnement minéral.
Dans l'article consacré dans ce numéro aux Ediacarans,
nous avions constaté qu'avant l'apparition de ceux-ci au
précambrien, 3 milliards d'années s'étaient
écoulés où la vie n'avait été
représentées sur la Terre (ou plutôt dans les
océans) que par des archéobactéries et bactéries
dont on ne sait pas grand-chose aujourd'hui. Ces organismes n'étaient
pas restés inactifs, malgré les apparences, puisque
leur activité avait complètement transformé
le milieu aquatique, l'atmosphère, les fonds océaniques
et finalement les continents. Ils avaient inventé, dans le
cadre de l'évolution darwinienne, tout ce qui participe aujourd'hui
à l'écosphère et à ses habitants. Il
n'est donc pas étonnant que la recherche s'intéresse
aujourd'hui à leurs propriétés surprenantes,
pour essayer de s'en inspirer dans de nouvelles synthèses
bio-mécaniques dont l'intervention dans le monde biologique
risquera de modifier sensiblement l'évolution naturelle,
d'une façon qu'il conviendra évidemment de surveiller
pour éviter qu'elle ne dérape.
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On
sait que les MEMs (Microelectromechanical Systems) sont
des machines artificielles utilisant des composants physiques dont
la taille (millimétrique) se situe entre le macroscopique
et le nanoscopique. Elles sont de plus en plus utilisées
pour construire de micro-robots susceptibles d'intervenir soit dans
des machines de plus grande taille dont elles constitueront des
composants, soit à titre autonome, par exemple dans des dispositifs
utilisés pour l'exploration d'un organisme vivant. 
