XPANCEO et ITEN créent une preuve de concept pour une lentille intelligente avec batterie à semi-conducteurs intégrée
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XPANCEO, entreprise de deep tech pionnière dans le domaine des lentilles de contact intelligentes, originaire de Dubaï, et ITEN, fabricant français de solutions de stockage d'énergie à semi-conducteurs, ont développé un prototype d'intégration d'une micro-batterie dans une lentille de contact intelligente. Cette collaboration répond à un défi majeur des dispositifs oculaires portables : concevoir un système de stockage d'énergie ultrafin, durable et suffisamment stable pour une utilisation en toute sécurité dans des appareils portés directement sur l'œil.
XPANCEO développe des lentilles de contact intelligentes dotées de capacités de réalité augmentée et de surveillance de la santé, destinées à constituer la plateforme informatique ultime pour l'ère de l'IA. Contrairement aux lunettes AR ou aux casques VR, une lentille de contact doit offrir une fonctionnalité complète dans un format submillimétrique et fonctionner en toute sécurité directement sur l'œil. Ceci impose des contraintes strictes en matière d'épaisseur, de masse, de dégagement de chaleur et de choix des matériaux, la biocompatibilité et la sécurité de l'utilisateur étant des exigences essentielles. Ces restrictions engendrent notamment un défi majeur en matière d'alimentation électrique.
Une lentille de contact intelligente et complète nécessite différents niveaux de puissance selon les tâches. La connectivité sans fil et les fonctions à très faible consommation, comme la biodétection, peuvent être assurées par des mécanismes de récupération d'énergie qui captent de faibles quantités d'énergie provenant du corps de l'utilisateur et de son environnement immédiat : énergie mécanique du clignement des yeux, différences de température à la surface de la lentille, réactions électrochimiques avec le film lacrymal et cellules solaires intégrées. En revanche, les fonctions à forte consommation d'énergie, telles que la projection d'images pour la réalité augmentée, requièrent une puissance continue de l'ordre du milliwatt. Un stockage d'énergie haute densité est donc indispensable à leur fonctionnement optimal.
À certains égards, l'alimentation d'une lentille de contact intelligente est plus complexe que celle de dispositifs implantables tels que les stimulateurs cardiaques. Les dispositifs médicaux implantables fonctionnent à très faible puissance et utilisent généralement des batteries au lithium haute densité, primaires ou rechargeables, logées dans des boîtiers rigides et étanches, généralement en titane. Dans certains implants à longue durée de vie, des batteries nucléaires ont été utilisées. Une lentille de contact ne dispose pas de l'espace nécessaire pour un tel blindage ou un tel boîtier rigide, ce qui impose des solutions différentes en matière de sécurité et d'alimentation.
La plupart des solutions de stockage d'énergie actuelles sont trop volumineuses et instables pour être intégrées en toute sécurité dans une lentille de contact souple, incurvée et ultra-fine. Les cellules lithium-ion peuvent gonfler, fuir ou surchauffer, ce qui les rend dangereuses pour un contact direct avec l'œil. Les batteries à électrolyte liquide présentent également des risques de fuite ou d'explosion en cas de défaillance. Même en fonctionnement normal, ces batteries peuvent libérer de faibles quantités d'hydrogène et se dilater légèrement, notamment lors des premiers cycles de charge/décharge.
Les batteries à semi-conducteurs offrent une solution prometteuse car elles ne peuvent ni fuir, ni gonfler, ni exploser. En cas de défaillance, le système cesse simplement de fournir de l'énergie. Les solutions ITEN peuvent être conçues dans des formats ultra-minces et flexibles, compatibles avec les substrats souples pour lentilles de contact, tout en offrant une densité de puissance suffisamment élevée pour les brèves impulsions d'énergie requises par les écrans de réalité augmentée et la connectivité sans fil, sans dégradation rapide.
ITEN met à profit son expertise pointue en fabrication de nanomatériaux pour produire des électrodes entièrement céramiques dotées d'une structure mésoporeuse brevetée. Ce matériau est constitué d'un réseau de pores extrêmement petits et contrôlés. Cette structure accroît considérablement la surface de l'électrode, permettant ainsi au dispositif de fournir une puissance supérieure et d'optimiser les cycles de charge et de décharge.
Depuis mai 2025, ITEN produit en série la première génération de microbatteries céramiques à l'état solide, offrant une combinaison inégalée de densité énergétique, de vitesse de recharge, de sécurité et de fiabilité. Cette technologie est utilisée pour développer une microbatterie sur mesure, conçue spécifiquement pour répondre aux exigences des lentilles intelligentes XPANCEO.
Lors de la première phase de la collaboration ITEN–XPANCEO, les ingénieurs ont résolu des problèmes d'intégration critiques liés à la conception d'un procédé d'encapsulation multi-étapes. Ils ont développé un dispositif de récupération d'énergie dédié pour un fonctionnement optimal avec des liaisons sans fil à évolution dynamique. Ils ont également examiné les aspects thermiques et de surtension critiques liés au fonctionnement de la batterie dans l'environnement électromagnétiquement et mécaniquement dense d'une lentille de contact.
Le stockage d'énergie à semi-conducteurs n'en est qu'à ses débuts, et seules quelques entreprises sont capables de produire en grande série des cellules miniatures à haut rendement. Le projet ITEN–XPANCEO démontre qu'il est désormais possible de fabriquer en masse des systèmes de stockage d'énergie à haute densité de puissance et de les intégrer en toute sécurité dans une lentille de contact, ce qui représente une étape cruciale pour la commercialisation des lentilles de contact intelligentes.
« Le système d'alimentation représente le véritable goulot d'étranglement du développement des lentilles de contact intelligentes, et il ne s'agit pas d'un problème que l'on résout par de simples ajustements. Nous avions besoin d'une approche totalement inédite du stockage d'énergie à l'échelle micrométrique. En collaborant avec ITEN, nous avons relevé des défis sans précédent. Notre partenariat ne vise pas à adapter les technologies existantes, mais à créer des catégories de composants entièrement nouvelles, que la chaîne d'approvisionnement ne produit pas encore. C'est là le défi, et l'opportunité, à l'approche de la commercialisation », explique le Dr Valentyn Volkov, fondateur et directeur technique de XPANCEO, reconnu parmi les 2 % des meilleurs scientifiques au monde.
« En associant la technologie de stockage d'énergie à semi-conducteurs d'ITEN à des lentilles intelligentes de pointe, le partenariat entre ITEN et XPANCEO ouvre de nouvelles perspectives pour les solutions énergétiques compactes et haute puissance. Ensemble, nous permettons le développement d'une nouvelle génération de systèmes intelligents et hautement intégrés, performants et fiables, capables de fournir de l'énergie dans des espaces restreints et avec des exigences élevées, tout en garantissant une sécurité totale grâce à une architecture intrinsèquement stable et ininflammable », déclare Vincent Cobée, PDG d'ITEN.