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Une puce électronique rechargée... par l’oreille interne

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L'oreille interne produit de l'électricité. Faiblement et irrégulièrement, mais cela suffit à alimenter un circuit électronique peu gourmand, ce qui pourrait être suffisant pour rendre des implants autonomes. Des chercheurs viennent de le montrer en équipant un cochon d'Inde d'un émetteur radio...

La puce, son émetteur et son condensateur sont suffisamment miniaturisés pour pouvoir se loger profondément dans l'oreille. © Patrick P. Mercier

Des chercheurs du MIT, du Massachusetts Eye and Ear Infirmary (MEEI) et du Département des sciences et techniques de la santé piloté par l'université Harvard et le MIT, ont travaillé sur une étonnante source d'alimentation pour une puce électronique. Ce minuscule émetteur radio est en effet alimenté en électricité avec les ressources biologiques de l'oreille interne d'un mammifère, en l'occurrence un cochon d'Inde.

Les scientifiques savent depuis 60 ans que cette oreille interne renferme une véritable minicentrale de production électrique. Tout se passe au niveau de la cochlée, aussi appelée limaçon. Le fonctionnement de cet élément, qui ressemble à une coquille d'escargot, s'apparente à celui d'une batterie. Une pompe à ions induit des différences de concentrations en ions sodium et potassium de part et d'autre d'une membrane, séparant l'endolymphe de la périlymphe, générant ainsi une petite tension électrique, qui se mesure en dizaines de millivolts. Toujours présente, bien que variable, cette différence de potentiel sert à produire le signal nerveux (électrique) envoyé sur le nerf auditif et modulé par les variations de pression de la périlymphe, lesquels sont liées aux vibrations du tympan.

Dans la partie A, ce schéma de l’oreille interne permet d’identifier la cochlée (cochlea). La puce électronique (endoelectronics chip) est installée dans l'oreille moyenne (middle ear), là où se trouvent les osselets (ossicles). Les 2 électrodes viennent percer la fenêtre ronde (round window). Le volet B montre l’intérieur de la cochlée avec les deux canaux contenant la périlymphe et le canal cochléaire qui contient l'endolymphe. Les différences de concentrations en ions sodium (Na+) et potassium (K+) génèrent une tension électrique de 70 à 100 mV, recueillie par les électrodes. © Nature

Une puce (faiblement) alimentée par l'oreille interne

Pour leur expérience, c'est à l'entrée de la cochlée que les scientifiques ont posé des électrodes. Ils ont exploité cette capacité à produire de l'électricité pour alimenter les composants électroniques sans altérer l'audition. Sur cette puce se trouvait un émetteur radio qui, pour cette expérience, transmettait des informations sur les conditions chimiques de l'oreille interne.

Pour consommer le moins d'énergie possible, le dispositif a été placé à l'extérieur de l'oreille de l'animal. Ainsi, les ondes pouvaient être émises sans avoir à traverser la peau.

L'énergie dégagée par l'oreille interne est très faible, et de plus irrégulière. Plutôt que d'alimenter directement l'émetteur radio, l'électricité générée est temporairement accumulée dans un petit condensateur, dont la charge complète exige entre 40 secondes et 4 minutes.

Les tests sont concluants mais il faudra plusieurs années avant de pouvoir implanter un dispositif électronique dans l'oreille interne d'un être humain. D'après les chercheurs, ce type d'appareillage pourrait servir à alimenter un implant cochléaire ou un autre dispositif interne (mais il faudrait qu'il soit très peu gourmand en électricité). La technique pourrait aussi permettre de surveiller l'activité de l'oreille pour détecter un dysfonctionnement.

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