Des Robots Flottants Alimentés par des Bactéries pour Surveiller les Océans
Imaginez des milliers de minuscules robots fureteurs dérivant à la surface des océans, collectant discrètement des données environnementales cruciales. Cette vision futuriste pourrait bientôt devenir réalité grâce aux travaux novateurs de chercheurs qui ont développé des robots flottants autonomes alimentés par des bactéries, s'inspirant astucieusement des systèmes digestifs biologiques.
Une avancée révolutionnaire pour la surveillance des océans
Financé par l'Office of Naval Research, le professeur Seokheum Choi de l'université de Binghamton travaille depuis une décennie sur ces robots aquatiques uniques en leur genre. Son équipe a récemment franchi une étape majeure en mettant au point un prototype capable de se déplacer à la surface de l'eau tout en étant alimenté par des bactéries embarquées.
Contrairement aux systèmes énergétiques conventionnels tels que le solaire, l'énergie des vagues ou les gradients thermiques, la "pile à combustible microbienne" de ces robots exploite des bactéries spécifiques, les Bacillus subtilis, pour convertir la matière organique en électricité via des réactions d'oxydoréduction catalytiques. Ce mécanisme s'inspire directement des processus digestifs biologiques.
Lorsque l'environnement est favorable aux bactéries, elles deviennent des cellules végétatives et produisent de l'énergie, mais lorsque les conditions ne sont pas favorables - par exemple, s'il fait très froid ou si les nutriments ne sont pas disponibles - elles redeviennent des spores. De cette façon, nous pouvons prolonger la durée de vie opérationnelle.
– Prof. Seokheum Choi, Université de Binghamton
Un design inspiré par la nature
L'équipe a minutieusement conçu chaque composant de la pile à combustible microbienne pour optimiser ses performances :
- L'anode en tissu de carbone revêtu de polypyrrole favorise la conductivité et la colonisation bactérienne.
- La cathode, également en tissu de carbone mais décorée de platine revêtu de polypyrrole, accélère la réduction de l'oxygène.
- Une membrane Nafion 117 assure un transfert sélectif de protons.
De plus, la centrale électrique intégrée comporte des surfaces hydrophobes et hydrophiles adjacentes permettant un "flux unidirectionnel de substrats organiques" de l'eau de mer pour alimenter les spores bactériennes en nutriments, à la manière d'une interface Janus.
Des performances énergétiques prometteuses
Si une seule cellule produit une puissance maximale de 135 µW/cm² pour une tension en circuit ouvert de 0,54 V, la mise à l'échelle vers un réseau de six unités a permis d'atteindre près d'un milliwatt. Bien que relativement modeste, cette puissance suffit à alimenter le petit moteur à courant continu situé au sommet de la plateforme ainsi que les capteurs embarqués.
Grâce à la force de rotation du moteur qui exerce une force de réaction sur la plateforme, le robot se déplace en douceur à la surface de l'eau, tel un gerris. Ses pattes traitées avec un revêtement hydrophobe contribuent à la flottabilité.
Vers des essaims de robots-capteurs autonomes
L'objectif est de pouvoir déployer des flottes de minuscules collecteurs de données là où ils sont nécessaires, sans être limités par une position fixe. Bien que des travaux supplémentaires soient requis concernant les performances à long terme et l'adaptabilité à différentes conditions environnementales, ce système constitue une preuve de concept prometteuse pour ce design novateur.
Si ces travaux démontrent avec succès une mobilité auto-durable sur les surfaces aquatiques alimentée par un réseau de piles microbiennes intégrées, l'exploration d'applications pratiques telles que la localisation, la détection, le traitement et la transmission de signaux dans des plateformes robotiques aquatiques reste un domaine riche en développements.
– L'équipe de recherche
Grâce à ces avancées, nous pourrions bientôt voir des "océans de capteurs" alimentés par des bactéries sillonner les mers, récoltant discrètement des informations précieuses pour mieux comprendre et protéger nos écosystèmes marins. Une perspective aussi fascinante qu'encourageante pour l'avenir de l'exploration océanique.
