Le professeur Zhenan Bao de l’université de Stanford est en pointe dans le développement d’une peau artificielle sensible au toucher. © Freshidea, Fotolia

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Les robots et les prothèses pourront peut-être avoir le sens du toucher

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Une équipe de Stanford et de l'université de Séoul a développé un système nerveux sensoriel artificiel, capable d'activer un réflexe de contraction chez un cafard et d'identifier des lettres dans l'alphabet Braille. Sa consommation extrêmement faible se rapproche de celle d'une synapse biologique et il pourrait donner le sens du toucher à une prothèse ou un robot.

Depuis de nombreuses années, le professeur Zhenan Bao et son équipe de l'université de Stanford (États-Unis) travaillent à la création d'une peau artificielle qui soit à la fois souple, susceptible de s'autocicatriser et de transmettre des informations au cerveau. La longue quête du Graal vient de franchir une nouvelle étape importante avec la mise au point d'un système nerveux artificiel qui pourrait conférer le sens du toucher à des prothèses de membres mais aussi à des robots. Il est le fruit d'une collaboration entre le professeur Bao et le professeur Tae-Woo Lee de l'université nationale de Séoul (Corée du Sud).

À terme, ce circuit sensoriel artificiel pourrait être intégré à une peau artificielle pour relayer des sensations mais aussi déclencher des réactions musculaires qui créeraient une sorte de réflexe. Le dispositif en question repose sur trois composants dont deux ont été développés par l'équipe du professeur Bao au cours de ces dernières années.

Il y a tout d'abord un capteur tactile en polymère d'une extrême sensibilité qui peut détecter le contact d'une coccinelle. Il transmet ses informations à un mécanorécepteur souple. Ces capteurs vont stimuler le troisième composant qui est un transistor synaptique conçu par le professeur Tae-Woo Lee. Imitant le fonctionnement des synapses biologiques, il se charge de stocker des informations et de relayer des signaux dans le système nerveux artificiel.

Capitalisant sur son travail depuis plusieurs années, le professeur Zhenan Bao a récemment présenté une nouvelle version de son circuit polymère extensible qui peut détecter le contact d'une coccinelle. © L. A. Cicero, Stanford university

Simulations de réflexe et de sens du toucher

Cette synapse artificielle a été conçue pour réagir à des stimulations sensorielles en se basant à la fois sur l'intensité et sur la fréquence d'un signal de faible puissance, comme une synapse biologique. Les auteurs mettent en avant la très faible consommation d'énergie de leur transistor synaptique : 1,23 femtojoule par évènement synaptique (soit 1,23.10-15), dix fois inférieure à ce que ce que l'on sait faire jusqu'à présent. Ce qui facilite les applications médicales ou robotique. Pour démontrer l'efficacité de leur innovation, les chercheurs ont réalisé des simulations de réflexe et de sens du toucher.

Dans le premier test, le système nerveux artificiel est relié à la patte d'un cafard et on lui applique des pressions variables. Les signaux récoltés par le capteur tactile sont convertis en signaux numériques par le mécanorécepteur qui les envoie au transistor synaptique, ce qui provoque une contraction plus ou moins forte de la patte de l'insecte selon l'intensité de la pression initiale. Dans un deuxième test, le système nerveux est utilisé pour lire des lettres en Braille. Dans un autre essai, les chercheurs font rouler un cylindre dans plusieurs directions que le système détecte avec précision.

C'est impressionnant. Mais nous sommes encore très loin de l'équivalent d'un système nerveux biologique, capable de déceler non seulement la pression, mais aussi la chaleur, le froid et d'autres sensations fines et complexes. Les chercheurs en conviennent, ils ont encore beaucoup de travail, non seulement pour créer les capteurs nécessaires sous une forme souple, mais aussi pour relayer leurs informations et provoquer les réactions correspondantes. Mais les progrès sont bien là.

  • Le professeur Zhenan Bao travaille depuis plus d'une décennie sur la peau artificielle.
  • Ses dernières avancées sur l'intégration d'un système nerveux artificiel lui ont permis d'accomplir des progrès prometteurs dans la perspective du développement d'un sens du toucher pour des prothèses de membres ou des robots.
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