Un nouveau patch informatique cutané, développé à l’École d’ingénierie moléculaire Pritzker de l’Université de Chicago (UChicago PME), permet d’analyser des données de santé grâce à l’intelligence artificielle d’une manière inédite. Crédit : École d’ingénierie moléculaire Pritzker de l’Université de Chicago / John Zich
Un nouveau patch informatique invisible, développé à l’École d’ingénierie moléculaire Pritzker de l’Université de Chicago (UChicago PME), permet d’analyser des données de santé grâce à l’intelligence artificielle d’une manière inédite. Contrairement aux dispositifs portables actuels, il effectue ses calculs d’IA directement sur le corps, en quelques millisecondes seulement, sans connexion sans fil.
Votre montre connectée actuelle peut certes suivre votre fréquence cardiaque ou vos mouvements, mais elle n’analyse pas ces données. L’analyse a lieu ailleurs, après leur transmission à un serveur externe. Dans certaines situations, comme la détection d’une fibrillation ventriculaire, ce délai de quelques secondes pour la communication avec le serveur est trop long.
Ce nouveau dispositif, conçu et testé en collaboration avec des chercheurs du Laboratoire national d’Argonne, a été rendu possible grâce à la mise au point de procédés de fabrication permettant d’imprimer des transistors électrochimiques organiques sur des surfaces flexibles.
« L’avenir que nous cherchons à concrétiser est de rendre les dispositifs portables et implantables plus intelligents », a déclaré Sihong Wang, professeur associé de génie moléculaire à l’École de génie mécanique de l’Université de Chicago et co-auteur principal de la nouvelle étude, publiée dans Nature Electronics . « Il s’agit d’aider les gens à avoir un médecin personnel et disponible instantanément, intégré à leurs dispositifs. »
Fabrication de transistors extensibles
Depuis des années, le laboratoire de Wang travaille à la création de composants électroniques extensibles et flexibles, à l’instar de la peau humaine, avec pour objectif ultime la conception de dispositifs intelligents adhérant aux tissus humains. L’équipe a précédemment mis au point des méthodes de fabrication de réseaux de transistors extensibles et d’un écran OLED extensible .
Ce nouveau dispositif, conçu et testé en collaboration avec des chercheurs du Laboratoire national d’Argonne, a été rendu possible grâce à la mise au point de procédés de fabrication permettant d’imprimer des transistors électrochimiques organiques sur des surfaces flexibles. Crédit : UChicago Pritzker School of Molecular Engineering / John Zich
Dans leurs nouveaux travaux, Wang et ses collègues ont entrepris de concevoir un circuit informatique neuromorphique extensible : un vaste réseau de transistors capable d’analyser des données de santé. Des travaux antérieurs avaient démontré la faisabilité théorique du concept avec un petit nombre de transistors, mais n’avaient pas permis de l’adapter à une échelle pratique.
Les transistors que l’équipe souhaitait utiliser, appelés transistors électrochimiques organiques , fonctionnent différemment de ceux d’une puce informatique classique. Ils traitent l’information grâce à la fois au courant électrique et au mouvement d’ions à travers une couche d’électrolyte gélatineuse. Cet électrolyte confère à chaque transistor une mémoire intégrée, lui permettant de stocker des valeurs numériques de manière stable dans le temps, à l’instar d’une synapse cérébrale dont l’activité peut être modulée pour encoder un schéma appris.
Ces composants présentaient toutefois un défi de fabrication. La couche superficielle flexible est sensible à la chaleur et aux solvants et ne peut donc pas être fabriquée à l’aide des techniques de production de puces standard. Parallèlement, la couche d’électrolyte gélifié a tendance à se déplacer comme un liquide, fusionnant avec les dispositifs voisins et provoquant des courts-circuits.
« La question que nous devions nous poser était de savoir si nous pouvions utiliser ou modifier les propriétés de ces polymères pour les rendre compatibles avec la photolithographie, la principale méthode de structuration utilisée dans l’industrie microélectronique », a déclaré Wang.
L’équipe a relevé le défi en concevant un nouveau type de gel polymère capable de durcir selon des motifs précis grâce à une exposition à la lumière ultraviolette. Il en résulte une méthode de fabrication permettant de produire 10 000 transistors électrochimiques organiques par centimètre carré.
« En tant qu’informaticiens, nous avons l’habitude de considérer le poids d’un réseau neuronal comme un simple nombre », explique Zixuan Zhao, doctorant en informatique à l’Université de Chicago et co-premier auteur de l’étude. « En informatique, c’est un matériau, avec sa variabilité, son historique et ses limites physiques. Le défi consistait à prendre en compte ces contraintes tout en effectuant des calculs suffisamment précis pour avoir un impact significatif. »
Sauver des vies grâce à l’informatique rapide
Pour tester l’efficacité de ces nouveaux dispositifs, l’équipe de Wang a utilisé l’un de ses nouveaux réseaux extensibles afin d’exécuter un algorithme pré-entraîné conçu pour aider à traiter la fibrillation ventriculaire. Cette dangereuse perturbation électrique du cœur peut être fatale et est le plus souvent traitée par un choc électrique massif délivré à l’ensemble du cœur. Les chercheurs ont proposé un traitement plus précis : cartographier les ondes électriques anormales lors de leur propagation dans le cœur et délivrer de petites impulsions précises juste avant qu’elles ne se propagent.
Cependant, le temps représente un obstacle. Les ondes se propagent si rapidement dans le cœur que l’analyse complète doit être effectuée en quelques millisecondes, un délai bien trop court pour permettre la transmission des données vers un ordinateur externe et leur retour.
« Dans ce cas précis, le calcul à distance n’est pas envisageable. C’est tout simplement trop long », a déclaré Wang. « Mais si l’on dispose d’un appareil informatique capable d’effectuer l’analyse directement dans le corps, cela pourrait être possible. »
Le professeur associé Sihong Wang (à droite) et le doctorant Max Weires, de l’École d’ingénierie moléculaire Pritzker de l’Université de Chicago (UChicago PME), tiennent un dispositif expérimental. Crédit : École d’ingénierie moléculaire Pritzker de l’Université de Chicago / John Zich
En utilisant de véritables données de cartographie cardiaque provenant d’un cœur humain de donneur, l’équipe a démontré que le réseau extensible pouvait localiser les positions du front d’onde avec une précision de 99,6 %, même lorsque le dispositif était étiré à plus d’une fois et demie sa longueur normale.
Dans une autre démonstration, un réseau neuronal encodé dans le réseau a analysé une combinaison de signes vitaux et de données de santé personnelles — notamment les niveaux de cholestérol, la glycémie, la fréquence cardiaque maximale et les lectures ECG — pour évaluer le risque de crise cardiaque d’un patient, atteignant une précision de 83,5 %.
Wang considère ce réseau informatique comme un élément d’une plateforme de santé entièrement intégrée et biocompatible. Son laboratoire travaille actuellement à associer ce réseau à des composants de communication sans fil extensibles et à des capteurs améliorés, afin de créer un système capable de percevoir, d’analyser et de traiter les données de santé de manière totalement intégrée.
« Au lieu d’envoyer les données vers un serveur distant, nous pouvons commencer à les analyser directement là où elles se déroulent », a déclaré Fangfang Xia, informaticienne au Laboratoire national d’Argonne et co-auteure principale de l’étude.
https://techxplore.com/news/2026-05-ai-powered-stretchable-patch-algorithms.html
