Biorobotique et nanorobots : la chirurgie du futur se dessine aujourd'hui

La robotique sera au coeur de la chirurgie de demain. Qu'il s'agisse d'opérer les patients, d'intervenir directement dans l'organisme ou de se substituer à des organes déficients, les robots seront miniaturisés jusqu'à l'échelle nanométrique.

En 2006, les images de Claudia Mitchell, cette femme équipée d'un bras robotique, ont fait le tour du monde. Sa prothèse était connectée à des terminaisons nerveuses interceptées au niveau du thorax. Un système informatique analysait les signaux émis par ses nerfs moteurs puis les interprétait afin de piloter le bras robotique. En retour, et là était la nouveauté par rapport à un précédent "homme bionique", les signaux venant de capteurs sensoriels étaient traduits et envoyés vers les nerfs sensitifs.

Mais ce genre de connexion, artisanale et fragile, ne dure guère que le temps d'une expérience. Le problème, c'est la cohabitation entre le biologique et l'électronique. Rien n'est en effet plus difficile que l'intégration avec un existant qui n'est autre que l'être humain ! L'une des solutions explorées consiste à descendre aux échelles de grandeur des cellules. À l'école de médecine de l'université de Pennsylvanie, une équipe mène ainsi des expériences consistant à cultiver des neurones entre les surfaces planes de deux circuits intégrés. Conclusions : les axones de ces cellules nerveuses (les nerfs ne sont rien d'autre que de longs axones) se sont bien développés et les signaux qu'ils émettent ont pu être captés par la puce.

Il y a-t-il un chirurgien dans la salle d'opération ?

La chirurgie assistée par la robotique mènera également vers les micro-technologies. On se souvient de cette opération baptisée Lindberg, réalisée en 2001 par Jacques Marescaux, alors basé à New York, sur la vésicule biliaire d'une patiente restée de notre côté de l'Atlantique. Le chirurgien pilotait, via une liaison en fibre optique, un imposant robot baptisé Zeus. Aujourd'hui, ce genre d'engin ne se contente plus de transmettre et démultiplier les mouvements du chirurgien. Grâce à l'informatique, il supprime également les tremblements ou neutralise virtuellement les mouvements du coeur. D'autres robots atteignent automatiquement une zone précise en évitant artères et organes vitaux. Certains sont même programmés pour détruire au laser une tumeur ou poser une prothèse de hanche (sous la surveillance du chirurgien).

La tendance est aujourd'hui à la miniaturisation. Un robot de moins d'un kilo est ainsi en cours d'expérimentation à l'institut mutualiste Montsouris à Paris. Mais une réduction encore plus poussée est envisagée avec la micro-robotique, voire la nanorobotique, dont les contours commencent à se dessiner dans les laboratoires. À long terme, elle permettrait d'administrer des médicaments dans des organes peu accessibles (comme les yeux et le cerveau), de détruire des cellules cancéreuses, de réparer des lésions, voire de se comporter en prothèse mécanique ou informatique pour augmenter la solidité des os ou les capacités du cerveau.

Des nanorobots opérant directement dans le corps humain

La réalisation de telles machines est envisagée selon les traditionnelles méthodes utilisées pour les circuits intégrés, déjà mises en œuvre pour les MEMS (systèmes micro-électromécaniques). Une équipe du Zurich Institute of Robotics and Intelligent Systems (Iris) a ainsi remporté en 2007 la Nanogram League, une compétition de football robotique avec des robots dont les dimensions étaient de seulement 300 microns sur 300 microns. Certes, leur environnement - une surface plane et dure - est très différent de celui d'un organisme vivant. Mais les concepteurs ont bel et bien en ligne de mire les applications médicales.

L'Iris est ainsi en train de développer un micro-robot qui navigue dans le système sanguin. Mu et piloté via des champs magnétiques extérieurs au corps humain, il se présente sous la forme d'un cylindre pour l'instant passif, de moins d'un millimètre de longueur. Ce même organisme étudie également les forces qui opèrent à l'échelle microscopique, par exemple lorsque l'on veut déformer des cellules. Il s'agit d'acquérir les connaissances nécessaires à la conception de nano-instruments dont auront besoin les nanorobots.

C'est exactement le sujet sur lequel travaille Karsten König, physicien allemand spécialisé en laser et micro-capteurs. Il ambitionne en effet de réaliser de tels instruments dont la précision serait moléculaire. L'an dernier, son équipe a réalisé le perçage d'un trou de 40 nanomètres dans un chromosome, à l'aide d'un laser guidé par une minuscule bille métallique préalablement déposée sur la cible. Selon ce chercheur, un robot équipé d'une telle arme pourrait par exemple, à l'intérieur des cellules, désactiver des séquences d'ADN responsables de cancers.