Comment donner une sensation réelle aux fausses mains

La main humaine possède 17 000 capteurs tactiles qui nous aident à saisir des objets et à nous connecter au monde physique. Une main ou un pied prothétique n'a aucune sensation.

Zhenan Bao espère changer cela en enveloppant des prothèses avec une peau électronique capable de détecter la pression, de guérir lorsqu'elle est coupée et de traiter les données sensorielles. C'est une étape critique vers des prothèses qui pourraient un jour être connectées au système nerveux pour donner un sens du toucher. Même avant que cela ne soit possible, une peau électronique douce mais adhérente permettrait aux amputés et aux victimes de brûlures d'effectuer plus de tâches quotidiennes comme ramasser des objets délicats et aiderait peut-être à soulager la douleur des membres fantômes.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de septembre 2016

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Pour imiter et, à certains égards, surpasser les capacités de la peau des mains humaines, Bao repense ce que peut être un matériau électronique. La peau électronique doit être non seulement sensible à la pression, mais également légère, durable, extensible, souple et auto-cicatrisante, tout comme la vraie peau. Il doit également être relativement peu coûteux à fabriquer en grandes feuilles pour envelopper les prothèses. Les matériaux électroniques traditionnels ne sont rien de tout cela.

Bao (un Examen de la technologie MIT Innovator Under 35 in 2003 ) travaille sur la peau électronique depuis 2010. Elle a dû créer de nouvelles recettes chimiques pour chaque composant électronique, remplaçant les matériaux rigides comme le silicium par des molécules organiques flexibles, des polymères et des nanomatériaux.

Zhénan Bao

Le groupe de Bao utilise des matériaux en caoutchouc extensibles qui ressemblent à la peau humaine dans la façon dont ils donnent et récupèrent. Parfois, son équipe mélange des matériaux électroniques dans le caoutchouc ; d'autres fois, ils construisent dessus. Pour fabriquer un capteur tactile, les chercheurs mélangent du carbone électriquement conducteur. La tension aux bornes de cette feuille de caoutchouc conducteur change lorsque le matériau est pressé. Le groupe de Bao a découvert que recouvrir ces capteurs tactiles d'un motif de pyramides à l'échelle microscopique améliore leur sensibilité au toucher, tout comme le font les verticilles de nos empreintes digitales. Selon la conception, ces capteurs peuvent être rendus au moins aussi sensibles que la peau de nos mains. Son groupe imprime également des transistors, des fils électriques et d'autres composants sur les peaux caoutchouteuses pour créer des circuits extensibles qui pourraient traiter les données des capteurs tactiles sur une main prothétique.

À gauche, un aérographe chargé d'encre à nanoparticules d'argent peut être utilisé pour imprimer des contacts électriques et des fils à travers un pochoir.

Sur la droite, à travers un microscope, de minuscules pyramides sur un capteur tactile sont visibles. Ces caractéristiques de 50 micromètres de large améliorent la sensibilité, tout comme les crêtes de nos empreintes digitales.

À gauche, un aérographe chargé d'encre à nanoparticules d'argent peut être utilisé pour imprimer des contacts électriques et des fils à travers un pochoir.

Sur la droite, à travers un microscope, de minuscules pyramides sur un capteur tactile sont visibles. Ces caractéristiques de 50 micromètres de large améliorent la sensibilité, tout comme les crêtes de nos empreintes digitales.

Chaque bout de doigt de cette main d'affichage en bois est équipé d'un capteur tactile extensible connecté à des fils électriques qui transportent les données vers un centre de contrôle électronique flexible sur la paume.

Maintenant, Bao travaille sur des matériaux plus étranges. Un polymère qu'elle a développé est beaucoup plus extensible que la peau humaine : il peut être tiré jusqu'à 100 fois sa longueur normale sans se casser. Ce matériau guérit également lorsqu'il est coupé, sans chaleur ni autre élément déclencheur. Et il peut agir comme un muscle artificiel faible, se dilatant et se contractant lorsqu'un champ électrique est appliqué.

Avec les matériaux et les conceptions de base en place, elle travaille sur des semi-conducteurs et d'autres matériaux électroniques qui ont les mêmes prouesses de guérison et d'étirement. Mais réinventer les matériaux électroniques ne suffira pas : les données de ces peaux artificielles doivent être transmises au système nerveux dans un format compréhensible par le corps. Le groupe de Bao travaille actuellement sur des conceptions de circuits qui enverront des signaux au système nerveux, de sorte que les skins électroniques aideront un jour non seulement les amputés à retrouver leur dextérité, mais leur permettront également de sentir le toucher de leurs proches.

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