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Des peaux artificielles sensibles au toucher

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La peau artificielle sensible au toucher est en train de naître : on sait désormais détecter l'atterrissage d'un papillon ! Deux laboratoires américains ont développé deux technologies différentes envisageables pour des prothèses ou des robots.

Un papillon a pu être détecté par la grande sensibilité de la peau artificielle mise au point à l'Université de Stanford. © Linda Cicero / Stanford University

Les prothèses de bras sont de plus en plus réalistes et performantes. Pourtant, il leur manque toujours la perception du toucher, qui permettrait aux personnes amputées de retrouver une sensibilité du monde qui les entoure. La peau est en effet un organe multisensoriel, qui permet de répondre par réflexe aux changements de température ou de pression et de sentir la douleur. Ces paramètres sont très difficilement transposables à des prothèses mais il y a de la nouveauté dans l'air, d'après deux publications indépendantes publiées dans le journal Nature Materials.

La première concerne les travaux de Zhenan Bao et de ses collègues à l'Université de Stanford en Californie. Sur un polymère élastique, le polydiméthylsiloxane (PDMS), des structures en forme de pyramide sont retrouvées à intervalles réguliers. Lorsqu'elles sont soumises à des pressions, les pyramides écrasées se comblent de PDMS, ce qui modifie les propriétés électriques du matériau. De multiples transistors organiques intégrés dans le polymère peuvent détecter ces changements, correspondant à un changement de pression.

Cette structure est d'une sensibilité extrême : des papillons ou des mouches bleues posés sur la structure ont pu être détectés, et ce de manière quasi instantanée. Malheureusement, le manque de flexibilité est pour l'instant un frein à son utilisation. Bao pense toutefois être capable de l'améliorer avant la fin de l'année.

La peau artificielle appelée e-skin est composée de pixels en nanofils, capables de détecter de faibles pressions. Sa grande flexibilité pourrait bien lui donner un bel avenir. © Ali Javey et Kuniharu Takei / UC Berkeley

e-skin, sensible et flexible

L'autre invention, appelée e-skin, est sortie des cerveaux de l'Université de Californie (Berkeley), notamment de celui de Ali Javey. Elle est basée sur l'utilisation de nanofils semiconducteurs en germanium et en silicium formant un grillage et montés sur un support flexible en caoutchouc. Lorsqu'une pression est appliquée, les pixels que forme chaque croisement de nanofils sont activés, indiquant la position et l'intensité de la pression.

Non seulement la structure résiste à un pliage extrême (moins de 5 millimètres entre les deux extrémités de la structure) et même à des centaines, voire à des milliers de pliages consécutifs, mais la sensibilité est également à la hauteur. Le prototype est un carré de 7 centimètres de côté, dont les 342 pixels peuvent détecter une pression de 0 à 15 kilopascals, similaire à celle nécessaire pour tenir un crayon ou taper sur un clavier.

La flexibilité de ces peaux artificielles est nécessaire pour leur intégration sur des robots ou sur des prothèses de mains. De plus, leur sensibilité avérée semble être adaptée à la vie quotidienne des personnes amputées, qui pourraient adapter leur force de préhension pour tenir par exemple un œuf sans le casser.

Toutefois, nous sommes encore bien loin de l'intégration de ces matériaux dans des tissus vivants. Ils doivent tout d'abord être biocompatibles, c'est-à-dire être supportés par l'organisme sans être attaqué par le système immunitaire et, de plus, ils doivent être reliés au système nerveux pour que les personnes amputées se l'approprient. Ces étapes sont encore bien lointaines, mais ce n'est déjà pas si mal pour un début...

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