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Une peau artificielle aussi sensible que la peau humaine

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Un polymère intégrant un réseau très dense de nanofils mêlant du silicium et de l'or parvient à imiter l'élasticité et les capacités sensorielles de la peau humaine. Monté sur une prothèse, un tel épiderme artificiel pourrait conférer un sens du toucher inédit aux personnes amputées, à condition de pouvoir relayer cette masse d'informations au cerveau...

Cette prothèse de main est recouverte d’une peau artificielle qui offre la même sensibilité et élasticité que la peau humaine. Elle est faite dans un polymère transparent parcouru d’un réseau très dense de nanofils associant du silicium et de l’or qui détectent la pression, la température, l’étirement et l’humidité. L’enjeu majeur est de parvenir à créer le module d’interface qui soit capable de restituer un tel niveau d’informations au cerveau. © Kim et al., Nature Communications

Les prothèses de membres ont fait des progrès considérables au cours de ces dernières années, notamment en matière de contrôle par la pensée via des interfaces neuronales. Restituer le sens du toucher fait partie des autres grands défis que les chercheurs tentent de relever. Et dans ce domaine, la voie la plus prometteuse réside dans la création d'une peau artificielle capable de reproduire la sensibilité de l'épiderme humain. Un idéal qui semble désormais à portée... En témoignent les travaux d'une équipe réunissant des chercheurs de l'université nationale de Séoul (Corée du Sud), de l'université nord-américaine de Wisconsin-Madison et l'entreprise MC10 à qui l'on doit la conception d'un timbre biométrique. Ensemble, ils ont développé une peau artificielle aussi sensible et élastique que la peau humaine.

Dans un article publié par la revue Nature Communications, le groupe décrit en détail comment ils sont parvenus à obtenir un tel niveau de précision. Cette peau artificielle est composée d'un polymère transparent, du polydiméthylsiloxane, dans lequel circulent des nanofils de silicium et d'or. Ils forment un réseau très dense, capable de détecter à la fois la pression, la température, l'étirement et l'humidité. Le silicium est disposé en spirale afin de supporter les étirements sans casser. Pour augmenter le réalisme, des résistances chauffent la texture afin qu'elle procure un contact proche de la température de la peau humaine.

Les nanofils en silicium ont été formés en spirale afin qu’ils puissent supporter les étirements de la peau artificielle. Sur cette image, la peau est étirée à 20 % de sa taille. © Kim et al., Nature Communications

400 capteurs au millimètre carré

Les chercheurs ont utilisé la capture de mouvements en filmant une main afin d'observer la manière dont la peau bouge. Ils ont ensuite fait varier les couches afin d'obtenir une élasticité différente selon les zones de la main. Ce système sensoriel est relié à un réseau d'électrodes qui peuvent stimuler les nerfs auxquels une prothèse dotée de cette peau serait reliée. Résultat, avec 400 capteurs au millimètre carré, le sens du toucher que produit cet épiderme artificiel est équivalent à celui d'une main humaine. Si cette avancée offre des perspectives très prometteuses pour l'évolution des prothèses de membres, le plus grand défi désormais est de créer une interface de stimulation qui sache restituer ces informations sensorielles au cerveau avec toutes les nuances qui font la complexité du toucher humain. Plusieurs expérimentations ont déjà été menées dans ce domaine.

L'année dernière, Futura-Sciences avait consacré un article aux travaux de l'université Case Western Reserve à Cleveland (États-Unis) sur une interface neuronale capable de produire un sens du toucher via une prothèse. Igor Spetic, le volontaire qui avait testé cet appareillage, était capable d'éprouver des sensations réalistes comme celles qui se produisent en appuyant sur une bille en acier, sur la pointe d'un stylo, en touchant du papier de verre ou une boule de coton. Mais à l'époque, le professeur Dustin Tyler qui a mené ce projet avait reconnu qu'il faudrait compter encore au moins une dizaine d'années pour mettre au point une prothèse sensible parfaitement viable. L'un des principaux obstacles concerne la partie matérielle du module de stimulation qu'il faut parvenir à miniaturiser pour pouvoir l'intégrer à la prothèse. En ce qui concerne cette peau artificielle, pour le moment, elle n'a été testée que sur des rongeurs. Les chercheurs disent vouloir étendre leurs essais à de plus gros animaux afin de pouvoir en étudier plus précisément les effets.

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