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Le 24.04.2012

Des machines qui « sentent » le danger

On le savait depuis quelques années déjà : des chiens peuvent détecter des cancers du poumon, rien qu’en humant l’haleine du malade. Mais cette « méthode » se heurtait à une certaine réticence du corps médical : deux équipes de chercheurs ont récemment démontré qu’un nez artificiel permettait de faire ce diagnostic de façon très sûre. Plus généralement, l’étude des compétences olfactives des animaux est une voie de recherche très prometteuse dans de nombreux domaines.
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À travers la perception des odeurs, un robot pourra à terme identifier une fuite de gaz ou la présence de produits dangereux dans des espaces publics ou dans des environnements hostiles (champ de mines, environnement radioactif). - © Inria / Photo C. Lebedinsky

Mis au point par l’entreprise Metabolomx, une start-up californienne, le nez artificiel détecte la présence de cancer avec des taux de succès élevés, après en avoir identifié la signature chimique, c’est-à-dire la présence de certaines molécules dans l’air expiré (le toluène, par exemple). Une autre équipe, celle du Professeur Hossam Haik (Techion, Israël) a développé le Na-Nose avec des résultats également encourageants. Les avantages de cette méthode sont remarquables dans la mesure où ils permettent d’éviter des examens pénibles et parfois dangereux ou coûteux (biopsie, radiologie, etc.).

La détection d’éléments chimiques présents dans l’air est un enjeu vital pour beaucoup d’espèces vivantes. Les acacias d’Afrique du Sud, par exemple, dégagent de l’éthylène quand ils sont broutés par les antilopes : ce signal chimique est transmis par le vent aux arbres voisins, ce qui déclenche la production de tanins qui déplaisent aux antilopes ! Ce type de défense naturelle est très étudié dans la mesure où il pourrait permettre de lutter contre des prédateurs, surtout des insectes, sans employer de pesticides.

Concernant l’homme et sa sécurité, l’olfaction et la détection de substances chimiques dans l’air apparaissent comme un immense champ de recherche. Au niveau européen, le projet BOND (Bioelectronic Olfactory Neuron Device) vise à produire des « nez électroniques » performants. Pour exemple en France, les recherches menées par le laboratoire de Biologie de l'Olfaction et Biosenseurs (BOB) de l’INRA ou Biotox de l’Institut National de Recherche et de Sécurité pour la surveillance des expositions à des substances chimiques de l’environnement de travail (biométrologie).

Les applications utiles ou nécessaires semblent innombrables et vont de la sécurité alimentaire (présence de bactéries, de toxines...), à la sécurité des personnes (présence de gaz toxiques, allergènes...), sans oublier la sécurité civile (explosifs, drogues, bioterrorisme...). Finalement très utiles, les nez électroniques pourraient se greffer bientôt sur nos téléphones mobiles.

Localiser la source d’un gaz ou d’une odeur

« Le problème posé n’est pas trivial. Il ne suffit pas de remonter en suivant les variation progressives de concentration d’une substance chimique : cela ne marche qu’à courte distance », souligne Dominique Martinez. En fait, un insecte détecte des paquets d’odeurs ou de phéromones grâce à ses antennes olfactives, mais ensuite la stratégie de traitement de l’information et de recherche mise en œuvre n’est pas bien comprise. Tant qu’il capte, il remonte au vent ; quand il perd l’information, il décrit des zigs-zags perpendiculaires au vent puis des trajectoires circulaires: à quoi correspondent ces mouvements ? « On se demande si l’insecte utilise une démarche simple, réactive, ou s’il s’appuie sur une stratégie cognitive, liée à une mémoire spatiale ou cartographique de son environnement. », poursuit Dominique Martinez.

Pour le savoir, l’une des tâches de l’équipe Cortex est de modéliser le fonctionnement complet du système olfactif chez un papillon de nuit, la noctuelle Agrotis ipsilon. Ce modèle permettra de tester les hypothèses comportementales sur un robot réel utilisant les antennes du papillon comme capteurs de phéromone.

Autre aspect des recherches, la récupération directe et l’étude de l’activité musculaire de l’animal pour piloter directement le robot !

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