Peau artificielle qui sent et s'étire comme la vraie chose

Certaines prothèses de haute technologie peuvent être contrôlées par leurs propriétaires, en utilisant des nerfs, des muscles ou même le cerveau. Cependant, le porteur n'a aucun moyen de savoir si un objet est brûlant ou sur le point de glisser hors de la portée de l'appendice.

Ce gant chargé d'électronique est composé de couches de matériaux avec des capteurs extensibles en or et en silicium.

Les matériaux qui détectent la chaleur, la pression et l'humidité pourraient aider à changer cela en ajoutant des capacités sensorielles aux prothèses. Un groupe de chercheurs coréens et américains a maintenant développé un polymère conçu pour imiter les capacités sensorielles élastiques et à haute résolution de la vraie peau.

Le polymère est imprégné de réseaux denses de capteurs en or et en silicium ultrafins. Le silicium normalement fragile est configuré en formes serpentines qui peuvent s'allonger pour permettre l'étirement. Les détails des travaux sont publiés aujourd'hui dans la revue Communication Nature .

Les matériaux de détection extensibles sont en développement depuis des années (voir Stretchable Silicon and Making Stretchable Electronics ). Mais c'est le matériau le plus sensible à ce jour, avec pas moins de 400 capteurs par millimètre carré.

Si vous avez ces capteurs à haute résolution sur le doigt, vous pouvez donner le même toucher tactile que la main normale transmettrait au cerveau, explique Roozbeh Ghaffari, qui a contribué à la recherche et dirige le développement des technologies de pointe chez MC10 , une startup de Cambridge, Massachusetts, qui développe des produits portables basés sur des matériaux flexibles chargés de capteurs.

De plus, les chercheurs ont réglé les capteurs pour avoir les bonnes plages d'étirement en fonction de l'endroit où ils se trouveraient. Ils ont utilisé des caméras de capture de mouvement pour étudier comment une vraie main bouge et s'étire, puis ont appliqué différentes formes de silicone à différents endroits de la peau prothétique pour s'adapter à cette extensibilité.

Un morceau du prototype de peau intelligente avec capteurs intégrés est étiré de 20 %.

Enfin, dans un effort supplémentaire pour rendre les matériaux plus réalistes, ils ont ajouté une couche d'actionneurs qui le réchauffent à peu près à la même température que la peau humaine.

La nouvelle peau intelligente ne relève qu'une partie du défi consistant à ajouter de la sensation aux prothèses. Le plus gros problème est de créer des connexions durables et robustes avec le système nerveux humain, de sorte que le porteur puisse réellement ressentir ce qui est détecté.

Dans une démonstration grossière d'une telle interface, Dae-Hyeong Kim, qui a dirigé le projet à l'Université nationale de Séoul, a connecté la peau intelligente au cerveau d'un rat et a pu mesurer les réactions dans le cortex sensoriel de l'animal à l'entrée sensorielle. Cependant, cela n'a pas montré si, ou dans quelle mesure, le rat ressentait de la chaleur, de la pression ou de l'humidité. Pour dire les types exacts de sentiments, dit Kim, nous devons passer à des animaux plus gros, ce qui serait notre travail futur.

Il reste un grand écart entre ce que les nouveaux matériaux peuvent faire et ce que les interfaces existantes peuvent réellement transmettre au cerveau humain, dit Dustin Tyler , professeur de génie biomédical à la Case Western Reserve University et expert en interfaces neuronales. Cette démonstration de preuve de concept est intéressante, mais il reste beaucoup de travail acharné pour montrer la robustesse et les performances nécessaires pour traduire cet appareil en mains prothétiques utilisables, dit-il.

Ce n'est que récemment qu'une interface capable de restaurer la sensation a été démontrée chez un humain, lorsque Tyler et ses collègues ont équipé un homme de la région de Cleveland qui a perdu sa main avec un tel système (voir An Artificial Hand with Real Feeling ). L'homme pouvait contrôler la main à l'aide d'une interface musculaire, et une vingtaine de capteurs sur la main prothétique lui transmettaient des informations sensorielles via l'électrode attachée à un nerf de son moignon de bras. Cela lui permettait de savoir s'il avait ramassé quelque chose de doux comme une cerise et de s'empêcher d'écraser le fruit.

cacher