Des matériaux synthétiques qui communiquent entre eux

Les organismes vivants transforment directement l'énergie chimique stockée à l’échelle moléculaire en mouvement coordonné à l’échelle multicellulaire. Une telle coordination à travers les échelles peut être effectuée par communication chimique. Un exemple que vous avez peut-être déjà observé : les fourmis qui organisent leurs recherches de nourriture grâce à la signalisation chimique, les phéromones.

Des matériaux synthétiques qui exploitent l’énergie chimique de leur environnement pour communiquer entre ses différentes parties par voie chimique, pour bouger et s’organiser sont rares. Combinant théorie et expérience, cet article publié dans le journal Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), démontre que les hydrogels oscillants de Belousov-Zhabotinsky (BZ) présentent un comportement collectif grâce à leurs capacités à communiquer de manière chimique entre eux. Les gels de BZ ont aussi la capacité de battre mécaniquement de manière autonome, comme un cœur artificiel, en convertissant l’énergie de la réaction chimique oscillante en oscillation mécanique. Il est également démontré que le comportement collectif peut être utilisé pour déclencher leurs réponses mécaniques.

Ces découvertes sont importantes pour, d’une part, construire des matériaux synthétiques autonomes adaptatifs inspirés de la biologie et pour, d’autre part, isoler les mécanismes physico-chimiques responsables des propriétés de la matière vivante. Un des buts de cette recherche serait de faire un essaim de gels autonomes mobiles et communiquant entre eux, et d’étudier le comportement émergent de cette assemblée. Un des prochains défis est de convertir ce battement mécanique cyclique en déplacement, et d’ainsi faire des objets motiles autonomes. Pour ce faire, une meilleure compréhension de la conversion d’énergie chimique en énergie mécanique à l’échelle moléculaire est nécessaire et sera l’objet des efforts à venir.

Référence : Blanc, B., N. Agyapong, J., Hunter, I., & Fraden, S. (2024). Collective chemomechanical oscillations in active hydrogels. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2313258121