PHYSIQUE MOLÉCULAIRE Un pH-mètre pour le nanomonde ÉTHOLOGIE ET ROBOTIQUE Des robots mènent la danse des cafards… Des cafards explorent les lieux, échangent quelques informations et finissent par se réfugier sous un abri éclairé. Étrange… ces petites bêtes préfèrent généralement l’obscurité. Mais cette colonie n’est pas tout à fait ordinaire : elle compte dans ses rangs des petits robots capables d’influencer les décisions du groupe. Il aura fallu trois ans à une équipe européenne, incluant des chercheurs du CNRS, pour concevoir cette communauté mixte, dans laquelle les blattes considèrent les robots comme leurs semblables et leur font parfois même confiance quant au choix de leur abri. Les résultats de ce programme, baptisé Leurre, ont été publiés dans la revue Science à la fin de l’année 2007 1. Ces cafards artificiels – des cubes électroniques d’environ 3 centimètres de côté, dotés de moteurs, de capteurs infrarouges et d’une caméra miniature – ont été conçus par les ©X. Rossi/CNRS Photothèque/Agence Gamma roboticiens de l’École polytechnique fédérale de Lausanne. Mais cette petite boîte à roulettes, capable d’éviter les obstacles, n’était pas suffisante pour leurrer les cafards. C’est pourquoi des biologistes de l’Université libre de Bruxelles se sont penchés sur les déplacements et les préférences de l’insecte : accélération brutale, hésitation, attirance pour l’obscurité… Les données récoltées ont été informatisées puis intégrées au « cerveau » du robot. Désormais, le cancrelat électronique se comportait comme une vraie blatte. Mais le robot devait aussi avoir… un « parfum » de blatte. « Si le robot n’émet pas de phéromone de reconnaissance, c’est-à-dire de message chimique signifiant « Je suis une blatte, on peut s’agréger avec moi », il ne peut pas être accepté par le groupe », résume Colette Rivault, chercheuse CNRS du laboratoire « Éthologie animale Stars des nanotechnologies, les nanotubes de carbone sont surtout connus pour leur solidité et leur élasticité sans équivalent. Mais ces cylindres de taille atomique n’en finissent pas de surprendre. Dernière découverte en date sur ces minuscules objets : ils constituent les plus petits pH-mètres qui soient, capables de mesurer l’acidité d’un liquide d’à peine un femtolitre (un millionième de milliardième de litre). C’est Laurent Cognet, chercheur au Centre de physique moléculaire, optique et hertzienne (CPMOH) 1 à Talence, qui a mis en évidence cette étonnante propriété, en collaboration avec une équipe américaine de la Rice University 2. Pour surprendre les nanotubes en pleine action, les physiciens les ont observés… s’illuminer au microscope. « Les nanotubes ont en effet la particularité d’émettre des infrarouges quand ils sont excités par un laser, explique Laurent Cognet. Cette luminescence, comme on l’appelle, baisse quand un nanotube est en contact avec un ion hydrogène de charge positive. Or, c’est précisément en mesurant la quantité de ces ions présents dans le milieu qu’on connaît son pH 3 ». Le pH-mètre en version lilliputienne était né. Capable de détecter un seul ion à la fois. Et donc d’analyser des volumes infimes de solution. Difficile alors de ne pas imaginer une multitude d’applications possibles. Deux domaines ont particulièrement retenu l’attention de nos chercheurs. Le pH-mètre nanométrique pourrait ainsi devenir un outil incontournable des « laboratoires sur puce », ces pastilles en silicium de quelques millimètres qui analysent la moindre goutte de liquide pour en révéler ses composants chimiques ou encore la présence de virus et de bactéries. Mieux encore, insérés dans les vésicules d’une cellule vivante, les nanotubes pourraient suivre en permanence l’activité de cette dernière. Les vésicules, portes d’entrée des molécules dans la cellule qui apparaissent puis disparaissent, ont en effet la propriété d’être plus acides que leur environnement. Cerise sur le gâteau, en analysant l’influence du pH sur la luminescence des nanotubes, les physiciens ont réalisé une autre première : ils ont montré qu’un électron, excité par le laser, parcourait à chaque fois la même distance – environ et humaine » (Ethos) 2 à Rennes. C’est ainsi que son équipe a isolé cette phéromone, et en a imprégné de petits morceaux de papier-filtre destinés à être collés sur les robots. Et le résultat est concluant. Lorsque les chercheurs introduisent quatre de ces robots « parfumés » avec 12 blattes dans une arène, les individus interagissent puis vont se reposer d’un commun accord sous le même abri. Plus étonnant encore : lorsque les robots sont programmés pour privilégier l’abri le plus éclairé, dans 61% des cas ils arrivent à convaincre les blattes d’aller sous cet abri, alors qu’elles auraient naturellement fait le choix inverse. « On a vraiment réussi à leurrer les blattes ! », conclut Colette VIEDESLABOS 9 100 nanomètres – avant de se désexciter et d’émettre alors un rayonnement infrarouge. « Un résultat fondamental pour comprendre les mécanismes d’émission de lumière des nanotubes », note Laurent Cognet. Et un pas de plus vers une électronique nanométrique, à base de ces tubes révolutionnaires. Pierre Mira 1. Laboratoire CNRS/université Bordeaux-I. 2. Travaux publiés dans Science, vol. 316, n°5830, 8 juin 2007,pp. 1465-1468. 3. Plus un milieu est riche en ions H +, plus il est acide. CONTACT ➔ Laurent Cognet Centre de physique moléculaire optique et hertzienne (CPMOH), Bordeauxlcognet@u-bordeaux1.fr Revêtu de sa « robe parfumée », ce robot est reconnu par les blattes comme un congénère. Il est accepté par la colonie et participe aux décisions collectives. Rivault. Par ailleurs, pour les autres 39% des cas, la colonie mixte se regroupe sous l’abri le plus sombre. Preuve donc qu’une véritable communication s’est installée entre machines et insectes. Laurianne Geffroy 1. Science, vol. 318, n°5853, 16 novembre 2007,pp. 1155-1158. 2. Laboratoire CNRS/Université Rennes-I. Le Centre de recherche sur la cognition animale (CNRS/Université Toulouse-III) était également impliqué dans le programme Leurre. CONTACT ➔ Colette Rivault Éthologie animale et humaine (Ethos), Rennes colette.rivault@univ-rennes1.fr Le journal du CNRS n°218 mars 2008