Une main robotisée équipée d’un module de capteurs imprimé en 3D, développé par une équipe de recherche de l’Université d’État de Washington. Cette peau électronique est capable de détecter la pression et la température avec une grande précision, ouvrant la voie à une peau bionique qui pourrait être utilisée sur des prothèses pour aider les personnes amputées et d’autres personnes handicapées. Crédit : Sravanthi Yalamanchili/WSU
Une peau électronique dotée d’un système de capteurs capables de détecter la pression et la température pourrait un jour permettre aux personnes amputées de retrouver des sensations grâce à leurs prothèses. Ces travaux, menés par des chercheurs de l’Université d’État de Washington et publiés dans la revue Cell Reports Physical Science , offrent une précision de détection dix fois supérieure à celle des capteurs intégrés aux gants actuellement disponibles sur le marché.
« Cette approche démocratise la production de peaux électroniques de qualité médicale, rendant ainsi le retour tactile avancé viable pour une utilisation clinique à grande échelle », a déclaré Hongyi Shen, doctorant à l’École d’ingénierie mécanique et des matériaux et premier auteur de l’article. « Ces travaux jettent les bases essentielles d’une peau bionique complète dotée de fonctions de détection et de stimulation haptique sur les prothèses. »
La stimulation haptique reproduit la sensation du toucher. Même une sensation partielle pourrait grandement améliorer la capacité des personnes amputées à accomplir des tâches.
Bien que des peaux électroniques existent déjà, elles sont onéreuses et leur résolution de détection est faible. De plus, elles s’adaptent souvent mal à la morphologie et ne couvrent que de petites zones. En réalité, plus une peau électronique est personnalisée, plus ses performances de détection sont médiocres. Par ailleurs, la grande quantité de données générées par les capteurs les rend peu efficaces en temps réel.
Hongyi Shen (à gauche), étudiante diplômée de l’École de génie mécanique et des matériaux de l’Université d’État de Washington, et le professeur Kaiyan Qiu ont contribué à diriger un projet de développement d’une peau électronique capable de détecter la pression et la température. Crédit : Sravanthi Yalamanchili/WSU
Conçu pour s’adapter aux formes complexes des membres
« Ces appareils sont souvent contraints de faire des compromis entre confort et fiabilité mécanique », a déclaré Shen.
Des chercheurs de l’Université d’État de Washington (WSU) ont mis au point un système de détection personnalisable pour prothèses, qui épouse la forme complexe des membres et imite plus fidèlement la peau humaine. Les modules de capteurs qu’ils ont créés sont des structures multicouches intégrant des capteurs de température et de pression. Ces éléments permettent une perception tactile similaire à celle de l’être humain , autorisant une identification fiable de la texture de surface et des propriétés des matériaux.
Les chercheurs ont utilisé une méthode de fabrication « numérisation-modélisation-impression » qui permet une détection haute densité associée à une fabrication 3D personnalisée.
« Le scanner numérise la prothèse, puis, en fonction de sa géométrie, nous configurons nos capteurs pour former un système de détection multimodal adapté à cette géométrie », explique Kaiyan Qiu, professeur adjoint titulaire de la chaire Berry à l’École de génie mécanique et des matériaux et auteur principal de l’article. « Cela permet à notre système de détection de couvrir sans interruption la zone de forme libre de la prothèse. »
Une voie plus simple vers une utilisation plus large
Ces capteurs, précis et fiables, permettent de mesurer la pression et la température avec une grande précision sur une surface plane ou courbe. Leur assemblage, comparable à celui des briques Lego, ne nécessite aucun adhésif.
« Notre principale méthode de fabrication, qui utilise l’impression 3D et la découpe laser, est relativement simple, ce qui la rend relativement peu coûteuse et pratique », a déclaré Qiu.
Ce projet a bénéficié du soutien partiel du programme de formation à la recherche en robotique de nouvelle génération (NRT-LEAD) de la National Science Foundation (NSF) de l’Université d’État de Washington (WSU), dirigé par Prashanta Dutta, professeur Richard Schneider Jr. et directeur de l’École de génie mécanique et des matériaux. M. Dutta est également co-auteur de l’article. Un soutien complémentaire a été apporté par le fonds de démarrage de Qiu à la WSU et par le programme Cougar Cage.
Transformer le toucher en signaux nerveux
Les chercheurs ont déposé une demande de brevet provisoire auprès du Bureau de la recherche, de l’innovation et de l’entrepreneuriat de l’Université d’État de Washington (WSU). Ils travaillent également sur un actionneur qui convertira les signaux de détection de la peau électronique en signaux permettant à une personne amputée de savoir ce qu’elle touche. Cela impliquerait de convertir ces signaux en stimulation et en transmission de signaux aux nerfs environnants.
Shen, qui est stagiaire NRT-LEAD, a déclaré qu’il s’intéressait depuis longtemps à aider les personnes en réadaptation et qu’il avait une expérience dans le domaine des capteurs et de l’impression 3D.
« Ce travail m’a permis de combiner mes centres d’intérêt », a-t-il déclaré. « Je pense que ce que nous faisons dans le cadre de ce projet contribuera un jour à faciliter la vie des personnes amputées grâce à notre dispositif. »
