Chercheurs fribourgeois et américains s'allient autour de projets bio-inspirés


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L’Institut Adolphe Merkle de l’Université de Fribourg, l’Université Case Western Reserve de Cleveland et l’Université de Chicago bénéficient de deux bourses, attribuées par le Fonds national suisse de la recherche scientifique et la National Science Foundation américaine. Grâce à ce financement de 7 millions de francs, ils développeront des matériaux fonctionnels, inspirés par la nature.

Au cours des cinq prochaines années, les professeurs et étudiants participant au projet étudieront et développeront des matériaux qui imitent des substances comme, par exemple, la soie de trichoptère, à la fois solide et collante ou la peau adaptative des concombres de mer. Les matériaux bio-inspirés produits seront testés sur des robots dits «mous»,  parce que construits en matériaux souples, élastiques ou déformables.
La première bourse, d’une valeur de 5,5 millions de dollars,  a été accordée le 1er septembre par la National Science Foundation (NSF) américaine dans le cadre du programme  Partnerships for International Research and Education (PIRE). Elle servira à financer les activités de recherche et de formation des Universités de Case Western Reserve et de Chicago. Les activités en Suisse seront, quant à elles, financées par une bourse de 1,5 millions de francs accordée par le FNS, le 19 septembre. Il s’agit de la première participation du FNS au PIRE.
En tout, 12 professeurs de Case Western Reserve, deux de Chicago et six de l’Institut Adolphe Merkle, ainsi que 15 doctorants (10 aux Etats-Unis et cinq en Suisse) apporteront leur pierre à l’édifice, dont un élément-clé sera l’échange d’étudiants de tous niveaux.  En plus des doctorants, qui effectueront une partie de leur recherche dans le pays partenaire, le programme permettra aussi d’augmenter le nombre d’étudiants bachelor effectuant des stages à Fribourg ou à Cleveland.

Un trésor naturel
Les matériaux développés au cours du projet seront testés sur un robot-ver capable de creuser sous terre ou à travers des décombres au cours de missions de recherche et de sauvetage, inspecter des conduites d’eau, de gaz ou de pétrole. Miniaturisé, il pourrait aussi placer des stents (tuteurs vasculaires) ou éliminer les dépôt de lipides qui causent l’atherosclérose, première cause de mortalité au niveau mondial.
Les chercheurs suisses sont dirigés par Christoph Weder, professeur de chimie et de matériaux polymériques et directeur de l’Institut Adolphe Merkle et du Pôle national de recherche (PNR) Matériaux bio-inspirés basé à l’Unifr. Selon Weder, cette recherche combine parfaitement les compétences scientifiques des groupes suisses et américains, alors que le programme d’échange offre des opportunités de formation uniques aux étudiants. Les formations compléteront et s’intégreront par ailleurs aux activités et programmes d’échanges du PNR. Tous les chercheurs de l’AMI participant au projet sont aussi membres du PNR.
La recherche se focalisera sur cinq domaines:

•    Les Professeurs Nico Bruns (chimie macromoléculaire) et Ullrich Steiner (physique de la matière molle) de l’AMI collaboreront avec les Professeurs LaShanda Korley de l’Université Case Western Reserve et Stuart Rowan de l’Université de Chicago pour développer des matériaux nanocomposites. Ces matériaux s’inspireront de la soie d’araignée, plus résistante que l’acier, ainsi que de celle des larves de trichoptères, un adhésif puissant et durable.

•    Jeffrey Capadona, professeur d’ingénierie biomédicale à l’Université Case Western Reserve, Stuart Rowan et Christoph Weder étudieront des matériaux inspirés par le concombre de mer, les becs de calamar et les pommes de pin, qui permettraient à un robot de s’adapter à une grande variété d’environnements et de tâches. La peau du concombre de mer est généralement molle et flexible, mais se durcit pour se protéger des prédateurs. La pointe d’un bec de calamar peut découper la chair et les os, mais près de la bouche de l’animal, le bec est 100 fois plus mou. La pomme de pin s’ouvre sous l’effet de la chaleur et se referme en présence de l’humidité.
 
•    Gary Wnek, professeur assistant de science et d’ingénierie macromoléculaire à l’Université Case Western Reserve, et Michael Mayer, professeur de biophysique à l’AMI chercheront à concevoir des neurones artificiels pouvant contrôler un robot. Ils étudieront l’utilisation de fibres et de gels poly-électrolytiques pouvant transporter un courant électrique ou répondre à un champ magnétique.  

•    Jon Pokorski, professeur de science et d’ingénierie macromoléculaire à l’Université Case Western Reserve, Alke Fink et Barbara Rothen-Rutishauser, professeures de bionanomatériaux à l’AMI, mèneront le développement de fibres fonctionnelles mécaniquement adaptives. Le but est d’imiter la capacité de la matrice extracellulaire à fournir un soutien structurel et biochimique aux cellules, leur permettant de se différencier ou de migrer pour soigner une blessure.  

•    Roger Quinn, professeur d’ingénierie mécanique et aérospatiale, et Hillel Chiel, professeur de biologie, tous deux de l’Université Case Western Reserve,  seront responsables des essais des matériaux et des systèmes de contrôle du robot-ver.  

Infos & annexes

Publié le 25.09.2017


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