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29 Jan, 2024

Une peau électronique imprimée en 3D promet une interaction homme-machine

Une peau électronique imprimée en 3D promet une interaction homme-machine

Avec plus de 1 000 terminaisons nerveuses, la peau humaine est la plus grande connexion sensorielle du cerveau avec le monde extérieur, fournissant une multitude d’informations par le biais du toucher, de la température et de la pression. Si ces caractéristiques complexes font de la peau un organe vital, elles en font également un organe difficile à reproduire.

En utilisant des hydrogels issus de la nanotechnologie qui présentent des capacités de biodétection électronique et thermique accordables, des chercheurs de l’université A&M du Texas ont mis au point une peau électronique imprimée en 3D (E-skin) capable de se plier, de s’étirer et de percevoir les mêmes sensations que la peau humaine.

« La capacité de reproduire le sens du toucher et de l’intégrer dans diverses technologies ouvre de nouvelles possibilités d’interaction homme-machine et d’expériences sensorielles avancées », a déclaré Akhilesh Gaharwar, professeur et directeur de recherche au département d’ingénierie biomédicale. « Elle peut potentiellement révolutionner les industries et améliorer la qualité de vie des personnes handicapées ».

Les utilisations futures de l’E-skin sont vastes, notamment les dispositifs de santé portables qui surveillent en permanence les signes vitaux tels que le mouvement, la température, le rythme cardiaque et la pression artérielle, fournissant un retour d’information aux utilisateurs et les aidant à améliorer leurs compétences motrices et leur coordination.

« L’inspiration derrière le développement de l’E-skin est enracinée dans le désir de créer des interfaces plus avancées et plus polyvalentes entre la technologie, le corps humain et l’environnement », précise Akhilesh Gaharwar. « L’aspect le plus passionnant de cette recherche réside dans ses applications potentielles en robotique, en prothèse, en technologie portable, en sport et en fitness, en systèmes de sécurité et en appareils de divertissement. »

La technologie E-skin, décrite dans une étude publiée par Advanced Functional Materials, a été mise au point dans le laboratoire d’Aklhilesh Gaharwar. Kaivalya Deo, ancienne étudiante d’Akhilesh Gaharwar et aujourd’hui scientifique chez Axent Biosciences, et Shounak Roy, ancien titulaire d’une bourse de doctorat Fulbright Nehru dans le laboratoire de Gaharwar, sont les auteurs principaux de l’article.

La création de l’E-skin implique des défis en matière de développement de matériaux durables qui peuvent à la fois imiter la flexibilité de la peau humaine, contenir des capacités de détection bioélectrique et utiliser des techniques de fabrication adaptées à des dispositifs portables ou implantables.

« Dans le passé, la rigidité de ces systèmes était trop élevée pour les tissus de notre corps, ce qui empêchait la transduction des signaux et créait un décalage mécanique à l’interface biotique-abiotique », a déclaré Kaivalya Deo. Nous avons introduit une stratégie de « triple réticulation » dans le système à base d’hydrogel, ce qui nous a permis de remédier à l’une des principales limitations dans le domaine de la bioélectronique flexible.« 

L’utilisation d’hydrogels issus de la nanoingénierie permet de résoudre certains des problèmes liés au développement de la peau électronique pendant l’impression 3D, car les hydrogels ont la capacité de réduire leur viscosité sous l’effet du cisaillement pendant la création de la peau électronique, ce qui en facilite la manipulation et l’utilisation. Selon l’équipe, cette caractéristique facilite la construction de structures électroniques complexes en 2D et en 3D, un aspect essentiel pour reproduire les multiples facettes de la peau humaine.

Les chercheurs ont également utilisé des « défauts atomiques » dans les nano-assemblages de disulfure de molybdène, un matériau contenant des imperfections dans sa structure atomique qui permettent une conductivité électrique élevée, et des nanoparticules de polydopamine pour aider l’E-skin à adhérer aux tissus humides.

« Ces nanoparticules de disulfure de molybdène spécialement conçues ont agi comme des réticulateurs pour former l’hydrogel et ont conféré une conductivité électrique et thermique à l’E-skin ; nous sommes les premiers à signaler l’utilisation de ce matériau comme composant clé », a déclaré Shounak Roy. « La capacité du matériau à adhérer aux tissus humides est particulièrement cruciale pour les applications potentielles dans le domaine des soins de santé, où l’E-skin doit se conformer et adhérer à des surfaces biologiques dynamiques et humides.« 

Parmi les autres collaborateurs figurent des chercheurs du groupe du Dr Limei Tian du département d’ingénierie biomédicale de Texas A&M et du Dr Amit Jaiswal de l’Indian Institute of Technology, Mandi.

https://techxplore.com/news/2024-01-3d-electronic-skin-human-machine.html

https://today.tamu.edu/2024/01/26/3d-printed-electronic-skin-provides-promise-for-human-machine-interaction/

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202313575

https://dx.doi.org/10.1002/adfm.202313575