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Comment construire un œil bionique
Les gens n'hésitent pas à porter un casque Bluetooth pour avoir des conversations sur leur téléphone portable. Eh bien, un jour, il n'est peut-être pas inhabituel de porter une lentille de contact qui projette l'écran du téléphone directement sur l'œil. Des chercheurs de l'Université de Washington ont fait un premier pas important vers la construction de lentilles de contact qui pourraient faire exactement cela. En incorporant des circuits métalliques et des diodes électroluminescentes (DEL) dans une lentille à base de polymère, ils ont créé un circuit fonctionnel qui est biologiquement compatible avec l'œil.
Les yeux l'ont : Les chercheurs ont construit une lentille de contact biocompatible avec des LED fonctionnelles, illustrée ici. Ils espèrent que les futures versions de la lentille pourront agir comme un capteur biomédical ou fournir un affichage superposé au champ de vision d'une personne.
Si vous regardez la structure d'une lentille, ce n'est qu'un simple polymère, dit Babak Parviz , professeur de génie électrique à l'Université de Washington. Un certain nombre de chercheurs intègrent de l'électronique dans des polymères pour construire des circuits ou des écrans flexibles, par exemple. Ce que nous avons réalisé, c'est que nous pouvons fabriquer de nombreux appareils fonctionnels qui sont vraiment minuscules et qu'ils peuvent être incorporés dans une lentille de contact pour faire bien plus que simplement améliorer la vision, dit Parviz.
L'équipe a créé la lentille électronique avec deux objectifs principaux en tête, dit-il. L'un des objectifs était de voir s'il serait possible de construire un affichage tête haute qui pourrait superposer des images sur le champ de vision d'une personne, tout en lui permettant de voir le monde réel. Ce serait une sorte de réalité augmentée, explique Parviz. (Voir TR10 : Réalité augmentée.) Les soldats pourraient utiliser la technologie pour voir des informations sur leur environnement, collectées à partir de capteurs. Ou les civils pourraient utiliser l'objectif électronique comme écran de téléphone portable, pour voir qui appelle et regarder des vidéos pendant un trajet, bien que ces objectifs soient à long terme, dit-il.
Une autre application possible consiste à utiliser la lentille comme un capteur qui pourrait surveiller les niveaux de produits chimiques dans le corps et avertir l'utilisateur s'ils indiquent des signes de maladie. Bien que Parviz n'entre pas dans les détails des capteurs spécifiques que son équipe fabrique, il explique que de nombreux indicateurs de santé peuvent être surveillés à partir de la surface de l'œil. Les cellules vivantes de l'œil, dit-il, sont en contact indirect avec le sérum sanguin, qui contient des biomarqueurs de maladies. Si un capteur conçu pour capter ces biomarqueurs était intégré à une lentille, les médecins pourraient alors disposer d'un tout nouvel outil non invasif pour les tests de dépistage des maladies. De plus, la lentille pourrait surveiller en permanence les changements au fil du temps, offrant une vue plus complète de la santé d'une personne.
Certes, ces applications sont dans des années. Mais Parviz et son équipe ont jeté les bases du travail. Dans un article présenté au Conférence internationale des systèmes micro-électriques mécaniques à Tucson, AZ, la semaine dernière, les chercheurs décrivent comment ils ont créé une lentille avec 16 LED fonctionnelles. La lentille était fabriquée à partir d'un substrat de polyéthylène tétraphtalate - le type de plastique utilisé dans les bouteilles de boissons - qui était recouvert de fils métalliques pour connecter les LED.
En plus des fils, les chercheurs ont utilisé des produits chimiques pour creuser des empreintes circulaires dans lesquelles les LED seraient placées. Parviz note qu'un défi dans la construction d'électronique de travail et d'optoélectronique en plastique est que ces dispositifs doivent être fabriqués avec une chaleur élevée qui ferait fondre le plastique. Pour contourner ce problème, son équipe a fabriqué des LED sur un substrat séparé, garantissant que les appareils pouvaient facilement être retirés et transférés sur la lentille en plastique.
Ensuite, les chercheurs ont recouvert les lentilles électroniques entièrement assemblées de polyméthacrylate de méthyle (PMMA), un matériau biocompatible. Le PMMA est également utilisé pour enduire les lentilles de contact rigides, explique Parviz, ce qui rend ses lentilles plus similaires aux lentilles rigides qu'aux lentilles souples portées par la plupart des gens aujourd'hui. Dans la dernière étape, les chercheurs ont moulé le plastique sous la forme d'une lentille.
Lorsque l'équipe a testé les lentilles, le circuit était viable et les LED se sont allumées. Les chercheurs ont également placé la lentille dans l'œil d'un lapin pendant 20 minutes et n'ont trouvé aucun effet indésirable. Cependant, ils n'ont pas allumé l'électronique alors que la lentille était dans l'œil du lapin. Je pense que nous devons faire attention à ce qui arrive à l'œil lorsqu'il s'allume, dit Parviz. C'est un circuit fonctionnel. Cela pourrait générer de la chaleur. Nous devons prendre toutes les précautions possibles pour nous assurer que cela est sûr. S'il est vrai que le corps humain peut supporter une plage de températures, les circuits doivent finalement être conçus pour consommer des quantités d'énergie ultra-faibles.
L'idée de construire un circuit dans une lentille de contact est intéressante - elle attire l'attention, dit George Whitesides , un professeur de chimie à Harvard qui n'est pas affilié au projet. C'est quelque chose dont d'autres ont certainement parlé, mais moi, du moins, je n'ai jamais vu de mise en œuvre. Whitesides ajoute qu'il s'agit d'une première étape et qu'il reste toujours le problème de fournir de l'énergie à la lentille pendant qu'elle est dans l'œil. De plus, le prototype de l'Université de Washington n'a pas de fonction claire.
L'une des prochaines étapes pour l'équipe sera d'augmenter le nombre de LED sur l'objectif à quelques centaines, dans l'espoir de faire un affichage viable. À l'heure actuelle, les LED font environ 300 micromètres de diamètre, ce qui limite évidemment le nombre d'entre elles pouvant être mises sur une lentille. De plus, les LED de cette taille ont tendance à se casser lors du processus de mise en forme de la lentille. L'équipe de Parviz essaiera de réduire les LED à 30 micromètres dans de futures expériences, ce qui pourrait permettre à l'objectif d'afficher quelques centaines de pixels, dit-il.