Les micro-robots et leurs applications

La structure des micro-robots contient des systèmes magnétiques dont le rôle est de produire un champ ou des gradients magnétiques. Ces phénomènes sont exploités pour créer une force de propulsion du micro-robot. L’actionnement par champ magnétique à distance ou par matériaux actifs est indispensable pour ne pas avoir à embarquer une source d’énergie imposante au vu des dimensions imposées par l’application. De plus, l’actionnement par champ magnétique permet une intervention dans des opérations dangereuses. A partir de l’injection, le micro-robot doit être contrôlé avec une grande précision à l’aide des champs, sans avoir une liaison avec le mécanisme extérieur. Plus précisément dans le domaine médical, un micro-robot peut sensiblement améliorer la fiabilité des diagnostics, l’efficacité des traitements, ou encore l’accès à des zones du corps humain "inaccessibles". Différentes conceptions ont été développées par des chercheurs lorsqu’on considère que l’environnement de travail est un milieu fluidique à faible nombre de Reynolds [123]. D’autres conceptions sont proposées dans la littérature avec leurs applications potentielles. [124].

Chapitre 3 Conception et Modélisation des micro-robots

III.2.1 Des robots atypiques

Le micro-robot est un candidat potentiel pour différentes applications spécialement dans le domaine médical. Jusqu'à maintenant, la commande des dispositifs pour des missions thérapeutiques à l’intérieur du corps humain était principalement effectuée par des cathéters. Bien que ces derniers aient résolu quelques problèmes dans de nombreuses applications, ils peuvent cependant blesser les parois des vaisseaux sanguins. Ces lésions des vaisseaux peuvent entrainer des infections ou des complications. De plus, la difficulté de commande de ces dispositifs rend l’accès à certaines parties du corps difficile, voire impossible.

L’apparition des micro-robots atypiques a amélioré les performances de traitement au sein du corps humain. Ces micro-robots sont faciles à contrôler avec une grande précision, et les composants de ces micro-robots ne contiennent pas de parties mobiles. De plus, ils ont l’avantage de pouvoir accéder à de nombreuses zones difficiles d’accès du corps humain à travers le système cardiovasculaire tel que la prostate [126].

III.2.2 Thérapie ciblée

L’inconvénient majeur de l’injection de médicament dans le cops est que lors de la prise, la grande partie active se disperse dans toutes les parties et seul un faible pourcentage arrive dans la partie à traiter. Pour assurer l’efficacité du traitement, il est nécessaire d’assurer une grande prise d’un médicament qui va sans doute accentuer les effets secondaires -potentiellement dangereux et non désirés-. La conception des micro-robots est basée sur le fait qu’ils doivent acheminer tout type de substance de manière ciblée. L’utilisation de micro robot assure la concentration élevée des médicaments tout en garantissant un évitement de diffusion généralisée de celui-ci dans le corps d’où l’augmentation de l’efficacité du traitement. En effet, la quantité de dose utilisée dans le cas de présence de micro-robot permet de réduire les effets secondaires. A titre d’exemple, pour attaquer des cellules cancéreuses l’utilisation du silvestrol [127] réduit la résistance à la chimiothérapie et l’amène au plus près de la partie tumorale. Un micro-robot, dont la mission est thérapeutique, peut aussi transporter un principe radioactif tuant des cellules cancéreuses [128].

Chapitre 3 Conception et Modélisation des micro-robots

Figure III.4: Présence des pathologies au niveau du système cardiovasculaire [129]

Figure III.5 : Conception visionnaire d’un micro-robot modulaire souple [130].

III.2.3 Thermothérapie

Le deuxième procédé possible de destruction des cellules malades est l’exposition de ces cellules à une source de chaleur. Plus la source de chaleur est importante, plus le temps de traitement nécessaire à la mort des cellules malades est réduit. Dans ce cas l’utilisation d’une sonde laser sous le contrôle de l’IRM s’avère efficace pour traiter les métastases cérébrales [131]. Mais les dimensions de la sonde ne nous permettent pas l’accès à toute zone du corps humain. A l’aide d’un champ magnétique à haute fréquence, un micro-robot peut être utilisé comme source ponctuelle de chaleur entrainant la nécrose de cellules [132].

Chapitre 3 Conception et Modélisation des micro-robots

III.2.4 Embolisation physique

L’usage vaste des micro-robots nous permet aussi d’emboliser un vaisseau sanguin. L’embolisation se révèle efficace pour tuer des cellules cancéreuses par le blocage des nutriments transportés par le sang. En effet, le micro-robot peut l’exploiter pour garantir le passage d’un flux sanguin là où un vaisseau sanguin à tendance à se refermer. Ce micro-robot s’immobilise à l’endroit désiré et peut être vu comme un cylindre creux laissant circuler normalement le sang [133].

Figure III. 6: Micro-robot au niveau cellulaire [134]

III.2.5 Capteurs embarqués

Pour des fins de diagnostic, le micro-robot est capable de naviguer à travers le corps humain. La structure du micro-robot permet d’embarquer des capteurs pour mesurer des paramètres physiologiques par exemple la viscosité du sang. Dans ce contexte, les chercheurs [135] ont développés un micro-robot capable de mesurer le taux d’oxygène dans l’œil ainsi que de délivrer de manière ciblée un traitement thérapeutique.

En plus des ces applications du micro-robot dans le domaine médical, le micro-robot peut aussi être considéré comme un candidat potentiel pour d’autres domaines notamment dans le domaine militaire.

Dans la suite, nous allons décrire quelques structures des micro-robots ainsi que des critères et techniques d’optimisation pour maximiser leurs propulsions et contrôlabilités.

Chapitre 3 Conception et Modélisation des micro-robots

Figure III. 7: Micro-robot capable de mesurer des paramètres physiologiques [136].