3 Sep, 2026

Nouvelle forme pour des capteurs portables en origami hélicoïdal sur papier, adaptés aux formes du corps

Electronique, Etudes, Informatique, Services

Des chercheurs ont mis au point un outil de conception paramétrique qui convertit les dimensions souhaitées d’une partie du corps en un patron 2D imprimable pour un dispositif portable en papier auto-pliable. Cette approche, associée à des électrodes en ruban de cuivre, permet la mesure de biosignaux. Crédit : Dr Hiroki Shigemune, Institut de technologie de Shibaura, Japon.

Une nouvelle forme de conception paramétrique transforme des feuilles de papier plates en capteurs hélicoïdaux auto-pliants qui mesurent les biosignaux sans sangles ni adhésifs.

Les capteurs à base de papier offrent une alternative plus économique et plus durable aux dispositifs portables classiques à base de polymères, mais la conception de dispositifs adaptés aux différentes morphologies reste un défi. Des chercheurs ont mis au point une plateforme de capteurs portables à base de papier qui transforme des feuilles de papier plates en structures hélicoïdales auto-pliantes épousant les contours du corps. Grâce à l’intégration d’électrodes en ruban de cuivre, le dispositif mesure les biosignaux avec des performances comparables à celles des capteurs classiques à sangle. Cette approche permet la fabrication à faible coût de dispositifs portables jetables pour diverses applications de détection.

Les capteurs portables, tels que les bracelets, les bagues et les patchs adhésifs, sont de plus en plus utilisés pour le suivi de la santé, la surveillance de la condition physique et l’interaction homme-machine. Si la plupart de ces dispositifs sont fabriqués à partir de polymères flexibles ou de textiles, les capteurs en papier apparaissent comme une alternative plus économique et plus durable. Ces capteurs pourraient servir à des applications telles que le diagnostic médical ou la détection de contaminants et de toxines, et seraient recyclables après usage.

Une équipe de chercheurs, dirigée par le professeur associé Hiroki Shigemune, de la Faculté d’ingénierie de l’Institut de technologie de Shibaura (Japon), et M. Yugo Takashima, également de l’Institut de technologie de Shibaura (Japon), a mis au point un outil de conception paramétrique permettant de transformer des feuilles de papier plates en capteurs portables hélicoïdaux auto-pliables. Cette nouvelle approche, intégrant des électrodes en ruban de cuivre, permet aux capteurs d’épouser automatiquement les dimensions souhaitées d’une partie du corps, sans sangles ni adhésifs, et peut contribuer à la mesure de biosignaux. L’étude a été mise en ligne le 25 juillet 2026 et publiée dans le volume 5, numéro 7 de la revue Advanced Sensor Research le 1er juillet 2026.

« Nous nous sommes inspirés de la façon dont les plantes grimpantes s’enroulent naturellement autour de leurs supports en formant une spirale et s’adaptent à leur forme. En combinant ce concept avec notre technologie d’auto-pliage du papier, nous avons développé un outil de conception paramétrique qui convertit les dimensions souhaitées d’une partie du corps, comme un doigt, un poignet ou un bras, en un patron 2D imprimable afin de générer un dispositif portable en papier auto-pliable et personnalisé », explique le Dr Shigemune.

Le processus de fabrication commence par l’impression de patrons d’auto-pliage sur une feuille de papier plane à l’aide d’une imprimante à jet d’encre standard. Les patrons imprimés provoquent le pliage automatique du papier le long de lignes de pliage prédéfinies. En disposant ces lignes de pliage en angle, les plis individuels forment progressivement une structure hélicoïdale 3D qui épouse la morphologie de l’utilisateur tout en restant suffisamment flexible pour accompagner ses mouvements.

Les chercheurs ont créé deux logiciels pour produire ces dispositifs portables. L’un génère le patron d’impression et prévisualise la structure 3D finale, tandis que l’autre crée automatiquement un patron d’impression personnalisé en fonction des dimensions souhaitées de l’objet à porter. L’utilisateur saisit simplement les dimensions désirées (par exemple, le diamètre et la longueur nécessaires pour un doigt ou un avant-bras), et le logiciel calcule les dimensions du papier et génère le patron d’impression correspondant.

Grâce à cette approche, les chercheurs ont fabriqué avec succès des dispositifs portables pour les doigts et les avant-bras, conformes à leurs conceptions initiales, leurs dimensions ne différant que de 5 % des valeurs cibles. Ils ont ensuite démontré la capacité de détection à l’aide d’un dispositif fixé au doigt, mesurant les signaux triboélectriques et la réponse galvanique de la peau avec des performances comparables à celles des capteurs portables classiques à sangle.

Ces résultats démontrent que le papier, la conception numérique et l’impression jet d’encre peuvent être combinés pour produire rapidement et à la demande des capteurs portables personnalisés. En associant des matériaux durables à un processus de conception simple, guidé par logiciel, cette approche pourrait permettre la fabrication de dispositifs électroniques portables jetables et peu coûteux. Les chercheurs précisent que des tests supplémentaires sont nécessaires pour évaluer l’utilisation pratique du capteur. Toutefois, les résultats démontrent le potentiel de cette approche pour le développement de dispositifs électroniques portables évolutifs et personnalisés.

« Notre approche logicielle, qui permet l’impression, offre un potentiel considérable pour la surveillance à court terme, au chevet du patient ou de manière décentralisée, de signaux physiologiques tels que la réponse galvanique cutanée. Grâce à la possibilité de concevoir des dispositifs sur mesure adaptés à différentes parties du corps, cette approche pourrait permettre une fabrication rapide, économique et écologique de capteurs à usage unique pour les milieux cliniques, les soins à domicile et les interventions sur le terrain, ainsi que pour la détection tactile et les interfaces homme-machine », conclut le Dr Shigemune.

Les capteurs portables, tels que les bracelets, les bagues et les patchs adhésifs, sont de plus en plus utilisés pour le suivi de la santé, le suivi de la condition physique et l’interaction homme-machine. Si la plupart de ces dispositifs sont fabriqués à partir de polymères flexibles ou de textiles, les capteurs en papier apparaissent comme une alternative plus économique et plus durable. Ces capteurs pourraient servir à des applications telles que le diagnostic médical ou la détection de contaminants et de toxines, et seraient recyclables sans danger après usage.

Une équipe de chercheurs dirigée par le professeur associé Hiroki Shigemune, de la Faculté d’ingénierie de l’Institut de technologie de Shibaura (Japon), et M. Yugo Takashima, également de l’Institut de technologie de Shibaura (Japon), a mis au point un outil de conception paramétrique permettant de transformer des feuilles de papier plates en capteurs portables hélicoïdaux auto-pliables. Cette nouvelle approche, intégrant des électrodes en ruban de cuivre, permet aux capteurs d’épouser automatiquement les dimensions souhaitées d’une partie du corps, sans sangles ni adhésifs, et peut contribuer à la mesure de biosignaux. L’étude a été mise en ligne le 25 juillet 2026 et publiée dans le volume 5, numéro 7 de la revue Advanced Sensor Researchle 1er juillet 2026.

« Nous nous sommes inspirés de la façon dont les plantes grimpantes s’enroulent naturellement autour de leurs supports en formant une spirale et s’adaptent à leur forme. En combinant ce concept avec notre technologie d’auto-pliage du papier, nous avons développé un outil de conception paramétrique qui convertit les dimensions souhaitées d’une partie du corps, comme un doigt, un poignet ou un bras, en un modèle 2D imprimable afin de générer un dispositif portable en papier auto-pliable et personnalisé », explique le Dr Shigemune.

Le processus de fabrication commence par l’impression de patrons auto-pliants sur une feuille de papier plate à l’aide d’une imprimante à jet d’encre standard. Ces patrons imprimés entraînent le pliage automatique du papier le long de lignes de pliage prédéfinies. L’agencement oblique de ces lignes permet aux plis de former progressivement une structure hélicoïdale 3D qui épouse les formes du corps tout en restant suffisamment souple pour accompagner les mouvements.

Les chercheurs ont créé deux logiciels pour fabriquer ces dispositifs portables. Le premier génère le patron d’impression et prévisualise la structure 3D finale, tandis que le second crée automatiquement un patron d’impression personnalisé en fonction des dimensions souhaitées. L’utilisateur saisit simplement les dimensions désirées (par exemple, le diamètre et la longueur nécessaires pour un doigt ou un avant-bras), et le logiciel calcule les dimensions du papier et génère le patron d’impression correspondant.

Grâce à cette approche, les chercheurs ont réussi à fabriquer des dispositifs portables pour les doigts et les avant-bras, conformes à leurs conceptions initiales, leurs dimensions ne différant que de 5 % des valeurs cibles. Ils ont ensuite démontré la capacité de détection à l’aide d’un dispositif fixé au doigt, qui a mesuré les signaux triboélectriques et la réponse galvanique de la peau avec des performances comparables à celles des capteurs portables classiques à sangle.

Ces résultats démontrent que le papier, la conception numérique et l’impression jet d’encre peuvent être combinés pour produire rapidement et à la demande des capteurs portables personnalisés. En associant des matériaux durables à un processus de conception simple, guidé par logiciel, cette approche pourrait permettre la fabrication de dispositifs électroniques portables jetables et peu coûteux. Les chercheurs précisent que des tests supplémentaires sont nécessaires pour évaluer l’utilité pratique du capteur. Toutefois, les résultats démontrent le potentiel de cette approche pour le développement de dispositifs électroniques portables personnalisés et évolutifs.