La mise au point d’une peau électronique dotée de multiples sens est essentielle dans divers domaines, notamment la rééducation, les soins de santé, les prothèses et la robotique. L’un des éléments clés de cette technologie est constitué par les capteurs de pression extensibles, qui peuvent détecter différents types de toucher et de pression. Récemment, une équipe conjointe de chercheurs de POSTECH (Pohang University of Science and Technology) et de l’université d’Ulsan en Corée a réalisé une avancée significative en réussissant à créer des capteurs de pression extensibles omnidirectionnels inspirés de la peau de crocodile.
L’équipe à l’origine de cette recherche était dirigée par le professeur Kilwon Cho, le docteur Giwon Lee et le docteur Jonghyun Son du département de génie chimique de POSTECH, ainsi que par une équipe dirigée par le professeur Seung Goo Lee du département de chimie de l’université d’Ulsan. Ils se sont inspirés de l’organe sensoriel unique qu’est la peau de crocodile et ont mis au point des capteurs de pression dotés de microdomes et de surfaces ridées. Le résultat est un capteur de pression extensible de manière omnidirectionnelle.
Les crocodiles, de redoutables prédateurs qui passent la majeure partie de leur temps sous l’eau, possèdent une capacité remarquable à percevoir de petites vagues et à détecter la direction de leurs proies. Cette capacité est rendue possible par un organe sensoriel incroyablement sophistiqué et sensible situé sur leur peau.
Cet organe est composé de bosses sensorielles hémisphériques disposées de manière répétitive et séparées par des charnières ridées. Lorsque le crocodile bouge son corps, les charnières se déforment tandis que la partie sensorielle reste insensible aux déformations mécaniques, ce qui permet au crocodile de maintenir un niveau exceptionnel de sensibilité aux stimuli externes lorsqu’il nage ou chasse sous l’eau.
En couverture de Small, une revue académique sur la science des matériaux. Crédit : POSTECH
L’équipe de recherche a réussi à imiter la structure et la fonction de l’organe sensoriel du crocodile pour mettre au point un capteur de pression hautement extensible. En inventant un polymère élastomère hémisphérique avec des rides délicates contenant des nanofils longs ou courts, ils ont créé un dispositif qui surpasse les capteurs de pression actuellement disponibles. Alors que d’autres capteurs perdent leur sensibilité lorsqu’ils sont soumis à des déformations mécaniques, ce nouveau capteur conserve sa sensibilité même lorsqu’il est étiré dans une ou deux directions différentes.
Grâce à la structure finement plissée de sa surface, le capteur peut conserver une sensibilité élevée à la pression même lorsqu’il est soumis à une déformation importante. Lorsqu’une force mécanique externe est appliquée, la structure ridée se déploie, réduisant ainsi la tension sur la zone de détection hémisphérique qui est responsable de la détection de la pression appliquée.
Cette réduction de la contrainte permet au capteur de conserver sa sensibilité à la pression même en cas de déformation. Par conséquent, le nouveau capteur présente une sensibilité exceptionnelle à la pression, même lorsqu’il est étiré à 100 % dans une direction et à 50 % dans deux directions différentes.
L’équipe de recherche a mis au point un capteur de pression extensible adapté à une large gamme de dispositifs portables aux applications diverses. Pour évaluer ses performances, les chercheurs ont monté le capteur sur un crocodile en plastique et l’ont immergé dans l’eau. Il est intéressant de noter que le capteur monté a pu détecter de petites vagues d’eau, reproduisant ainsi avec succès les capacités de détection de l’organe sensoriel du crocodile.
« Il s’agit d’un capteur de pression portable qui détecte efficacement la pression même lorsqu’il est soumis à une contrainte de traction », a expliqué le professeur Cho, qui dirigeait l’équipe. Il a ajouté : « Il pourrait être utilisé pour diverses applications telles que les capteurs de pression des prothèses, la peau électronique de la robotique douce, la RV, la RA et les interfaces homme-machine. »
