Imaginez un robot pouvant manipuler des particules 100 000 fois plus petites qu'un cheveu, capable d'agripper des atomes et de fabriquer de nouvelles molécules permettant de traiter plus efficacement certaines maladies et de mettre au point des matériaux plus légers et plus résistants.
Appelés nanorobots, ces travailleurs de l'infiniment petit sont le « Bras canadien » des nanotechnologies. Ces minuscules machines nous permettront bientôt d'intervenir directement au niveau moléculaire et d'améliorer l'efficacité des machines et des outils indispensables à la vie moderne: ordinateurs, avions, appareils médicaux et voitures.
Mais avant d'atteindre ces résultats, il faut d'abord pouvoir développer et perfectionner des nanorobots capables d'évoluer dans un milieu où les lois de la physique conventionnelle ne s'appliquent pas nécessairement. À l'échelle nanométrique, la moindre variation de température, d'intensité lumineuse ou de flux énergétique peuvent faire dévier considérablement de sa route un robot qui tente d'accomplir une mission précise.
C'est à ce défi considérable qu'a choisi de s'attaquer Sylvain Martel, directeur scientifique du nouveau laboratoire de nanorobotique de l'École Polytechnique de Montréal. Cette nouvelle infrastructure de recherche lui permettra notamment de développer des systèmes informatiques et électromagnétiques capables de guider et de contrôler des nanorobots travaillant à l'échelle moléculaire.
« Les robots actuels n'ont pas une vitesse suffisante pour faire des assemblages moléculaires. Pour construire de nouvelles structures moléculaires révolutionnaires, il faut inventer de nouveaux instruments capables de manipuler les atomes un par un », remarque le chercheur qui est également titulaire de la Chaire de recherche du Canada en conception, fabrication et validation de micro/nanosystèmes et chercheur rattaché au Massachusetts Institute of Technologies (MIT) de Cambridge.
« Le laboratoire de nanorobotique nous permet de réunir sous une même unité de recherche des disciplines diverses telles que l'informatique, le génie mécanique et la physique afin de poursuivre la mise au point de robots ultraspécialisés », ajoute Sylvain Martel.
Cette recherche fondamentale offre également de nombreuses possibilités de commercialisation industrielle. Certaines sociétés suivent avec grand intérêt les travaux du professeur Martel qui pourraient déboucher sur la mise au point de nouveaux procédés de fabrication industrielle et la création de nouveaux matériaux.
Mis sur pied grâce à un appui de la Fondation canadienne pour l'innovation (FCI), à une subvention du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, à l'École Polytechnique de Montréal et à Nano-Québec, le nouveau laboratoire permet de faire un type de recherche fondamentale unique au Canada et très rare dans le monde.
Le laboratoire permet aussi à de nombreux étudiants de poursuivre des études très poussées dans des secteurs de pointe. C'est le cas de Dominic St-Jacques, un diplômé en génie informatique qui a choisi de poursuivre une maîtrise au laboratoire de nanorobotique.
« L'existence de ce laboratoire m'a permis de me spécialiser dans un domaine passionnant et prometteur dont j'ignorais même l'existence. La complexité des interactions à l'échelle nanométrique nous force à développer des algorithmes informatiques qui comportent un niveau de difficulté incomparable à ce qui se fait dans les autres disciplines. J'ai vraiment l'impression d'être un bâtisseur, de travailler à la fine pointe de la recherche scientifique », affirme le jeune chercheur.
Retombées
Il y a quelques années, Sylvain Martel révolutionnait le monde des nanotechnologies en annonçant la mise au point du prototype d'un robot miniature sans fil, capable à chaque seconde d'effectuer 4000 déplacements, d'exécuter 48 millions de tâches, de faire 200 000 mesures précises à l'échelle atomique et d'échanger 4 millions de bits d'information avec un ordinateur par l'entremise d'un système de communication à infrarouge. Surnommé "NanoWalker", ce robot peut travailler de façon autonome à l'échelle subatomique.
« Le développement de ces robots s'est heurté à plusieurs problématiques que nous devons résoudre avant de passer à la mise au point de robots capables de travailler à des échelles encore plus réduites. Le laboratoire de nanorobotique va justement nous permettre de développer des techniques qui pourront être appliquées non seulement à la fabrication d'outils de manipulation et de contrôle mais qui serviront aussi aux nombreux autres travaux à effectuer dans le monde des nanotechnologies », souligne Sylvain Martel.
Le laboratoire en nanorobotique poursuit des recherches sur un système de réfrigération, une sorte de climatisation spécialisée qui refroidit les robots tout en leur permettant d'accomplir des tâches à l'échelle atomique. En utilisant de l'hélium, Sylvain Martel et son équipe réussissent à réduire la température des surfaces sur lesquelles ils travaillent à -185 degrés Celsius, ce qui aide à stabiliser les mouvements brusques des molécules et des atomes à manipuler. En définitive, ce procédé pourrait s'avérer très utile pour la mise au point de nouveaux matériaux industriels.
Une autre recherche prometteuse menée au laboratoire consiste à planifier la mise en circulation de particules d'une taille de 1 à 2 microns (1000 à 2000 nanomètres) dans des vaisseaux sanguins. Cette recherche vise à permettre l'exploration de certaines zones du corps humain difficiles d'accès par d'autres moyens. Le laboratoire travaille actuellement à la mise au point de systèmes de propulsion et de contrôle par champs magnétiques de ces explorateurs miniatures.
« Ces appareils seront très utiles aux sociétés pharmaceutiques et pourraient même permettre de détecter des cellules cancéreuses autrement indécelables, ajoute Sylvain Martel. Nous avons la chance d'avoir accès à un laboratoire qui nous permet de faire des recherches fondamentales très pointues et nous croyons qu'avec un peu de persévérance, nous serons en mesure de percer les secrets des nanomondes. »
Partenaires
«Le monde des nanotechnologies est tellement vaste et inexploré que toute approche novatrice est plus que bienvenue, particulièrement en ce qui à trait à la mise au point de procédés capables de faire avancer les techniques de construction de nanostructures », lance d'entrée de jeu Robert Sing, le directeur administratif de Nano-Québec — le Réseau québécois de recherche en nanosciences et nanotechnologies.
Nano-Québec coordonne la recherche dans ce secteur de pointe au sein des universités du Québec. L'essentiel de ces travaux porte sur la mise au point de nouveaux matériaux, de procédés de gravure de surface à l'échelle nanométrique (gravure de circuits électronique à l'aide de faisceaux lumineux) et de développement de techniques pouvant servir à l'industrie pharmaceutique.
Selon lui, le principal intérêt du nouveau laboratoire de nanorobotique de l'École Polytechnique réside dans sa capacité à faire avancer la recherche sur la manipulation des atomes grâce au développement d'outils d'observation et de contrôle pour manipuler ces très petites particules.
« Les retombées immédiates et concrètes de toute recherche dans ce secteur sont difficiles à prévoir. La recherche en nanotechnologie est une entreprise de longue haleine. C'est dans 10 ou 15 ans que nous récolterons le fruit de nos efforts. Nous verrons alors apparaître des applications industrielles et médicales révolutionnaires », conclut Robert Sing.
