Pour les humains, courir à travers un champ ouvert est généralement un moyen plus rapide de le traverser que de ramper dans un tunnel souterrain. Mais les choses sont différentes pour les petits vers. Ils se faufilent dans un espace confiné beaucoup plus rapidement qu'ils ne se tortillent dans un espace grand ouvert, rapportent des chercheurs le 28 juillet. Lettres d'examen physique. Les résultats pourraient aider les ingénieurs à concevoir de meilleurs robots ressemblant à des vers qui pourraient un jour ramper dans les décombres après un tremblement de terre ou même se déplacer dans les tubes à l’intérieur de notre corps.
Dans leurs expériences, les chercheurs ont utilisé des vers noirs de Californie (Lumbriculus variegatus), qui sont des créatures aquatiques minces et flexibles, mesurant environ 0,05 centimètre de large et environ 2,5 à 5 centimètres de long. L’équipe a fait glisser les vers à travers des canaux de verre remplis d’eau et ouverts aux deux extrémités. Lorsque la largeur des canaux était environ deux fois supérieure à celle du ver, les créatures pouvaient rapidement se projeter vers l'avant et atteindre l'autre extrémité en une minute environ. Mais les vers ont mis jusqu’à cinq fois plus de temps à traverser des canaux plus larges.
Les chercheurs ont également créé des simulations informatiques des vers sous forme de perles actives sur un fil et les ont fait passer à travers des canaux virtuels de largeur variable. Les vers modèles se comportaient de la même manière que les vers réels. « C'était beaucoup plus rapide dans le plus petit confinement », explique le physicien KR Prathyusha de l'Université du Colorado à Boulder.
Le modèle mathématique de l'équipe a révélé que la vitesse se résume à la souplesse du ver et à la marge de manœuvre dont il dispose. Dans un canal plus large, les vers s'agitent en se réorientant dans leur environnement. Mais un espace confiné empêche naturellement les vers de se réorienter, et n’ayant nulle part où aller, ils utilisent les murs comme support et se faufilent en avant sans distractions.
L'ingénieur biomoléculaire Saad Bhamla, également à l'université de Boulder, a été intrigué par la façon dont le mouvement des vers à travers un canal étroit et étroit pourrait être appliqué à des robots autonomes et souples inspectant les tuyaux ou délivrant des médicaments à l'intérieur du corps. « Cela semblait être un problème très pertinent, à savoir qu'un peu de physique pourrait aider les ingénieurs à concevoir des choses », explique Bhamla.
Les physiciens veulent généralement un paramètre capable d’expliquer la physique essentielle d’un phénomène, explique Bhamla. Dans ce cas, l’équipe a examiné le carré de la largeur du canal divisé par la rigidité de la vis sans fin. Lorsque ce rapport est faible, le ver est moins flexible, ce qui lui permet de tirer à travers un canal presque aussi droit qu'une balle. Mais si le rapport est élevé, le ver qui se tortille constamment met beaucoup plus de temps à se déplacer dans le canal.
« C'est très rare dans la nature : si vous disposez de moins d'espace de navigation, les choses s'accélèrent », explique le bio-ingénieur et roboticien David Hu de Georgia Tech à Atlanta, qui n'a pas participé aux travaux. Son article de 2012 montrait que les serpents, en revanche, glissent plus lentement dans les canaux étroits. « Les systèmes biologiques sont désordonnés et complexes, n'est-ce pas ? » déclare le physicien Raghunath Chelakkot de l'Institut indien de technologie de Bombay à Mumbai, qui n'a pas non plus été impliqué dans les travaux. « Ce que je trouve intéressant, c'est [that] avec un modèle aussi simple, ils pourraient capturer certaines caractéristiques essentielles de ce [worm] translocation. »