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Création d'un nanogénérateur implantable dans un corps humain

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Les rêves de la nanotechnologie tournent tous plus ou moins autour de la réalisation de nanomachines, notamment des nanorobots, capables de détecter des défaillances dans des organes biologiques et, pourquoi pas, de les réparer. Toutes ces spéculations butent sur le même problème, comment fournir suffisamment d'énergie à ces nanorobots? Zhong Lin Wang, Regents' Professor à la School of Materials Science and Engineering du Georgia Institute of Technology, pense détenir la réponse. Lui et ses collaborateurs sont arrivés à construire un nanogénérateur capable de tirer de l'énergie de son environnement immédiat !

Zhong Lin Wang montrant le réseau de nanofilaments sur une puce créant un nanogénérateur (Crédits : Georgia Tech Photo : Gary Meek).
Zhong Lin Wang (Crédits : Georgia Tech Photo : Gary Meek).

Cette énergie n'est autre que l'énergie mécanique sous forme de vibrations sonores dans un corps en mouvement et sous l'action de la circulation sanguine. En effet, l'oxyde de zinc possède des propriétés piézoélectriques et semi-conductrices couplées. Si l'on fabrique un ensemble de nanofilaments avec ce matériau, ils produisent de petites quantités d'électricité quand ils sont soumis à l'action de contraintes mécaniques les pliant et les déformant.

Les chercheurs ont construit un dispositif basé sur de tels nanofilaments et l'ont bombardé avec des ultrasons. Le résultat ne s'est pas fait attendre. Un courant électrique a bien été produit, et, bien qu'il soit légèrement fluctuant, il a duré tout le temps que l'on maintenait l'exposition aux ultrasons. D'après leurs estimations, ils devraient rapidement arriver à produire des systèmes avec des millions et même des milliards de nanofilaments. Un système d'un seul cm3 devrait alors fournir au moins 4 W. Pour le moment, les quelques centaines de nanofilaments présents dans le nanogénérateur produisent un courant de quelques fractions de nanoampères.

Schéma montrant les nanofilaments et la production de courant sous l'action d'ultrasons (Crédits : Georgia Tech Photo : Gary Meek).

Dans un avenir proche, des biosenseurs alimentés par ces nanogénérateurs, mesurant par exemple la pression artérielle et le débit sanguin, devraient ainsi voir le jour. Il est digne de noter que les oxydes de zinc utilisés sont bien tolérés par l'organisme. C'est un avantage par rapport à des minis batteries implantables basées sur le lithium et le cadmium qui eux sont toxiques!

Il y a encore bien des problèmes à résoudre, dans le contrôle de la qualité du processus de croissance des nanofilaments par exemple, mais Zhong Lin Wang et ses collègues sont confiants. A plus court terme, on pourrait imaginer des dispositifs de ce genre dans des chaussures ou des vêtements, capables de fournir assez d'énergie pour de petits dispositifs électroniques incorporés dans ceux-ci.

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