18.05.2022 - Technische Universität Graz

La peau électronique : un matériau hybride multisensoriel

Encore plus sensible que le bout d'un doigt humain

La "peau intelligente" développée par Anna Maria Coclite est très similaire à la peau humaine. Elle détecte simultanément la pression, l'humidité et la température et produit des signaux électroniques. Des robots plus sensibles ou des prothèses plus intelligentes sont ainsi concevables.

La peau est le plus grand organe sensoriel et en même temps le manteau protecteur de l'être humain. Elle "ressent" plusieurs entrées sensorielles en même temps et transmet au cerveau des informations sur l'humidité, la température et la pression. Pour Anna Maria Coclite, un matériau doté de telles propriétés multisensorielles est "une sorte de 'Saint Graal' dans la technologie des matériaux artificiels intelligents. En particulier, la robotique et les prothèses intelligentes bénéficieraient d'un système de détection mieux intégré et plus précis, similaire à celui de la peau humaine." Le lauréat de la bourse ERC et chercheur à l'Institut de physique des solides de l'Université technique de Graz a réussi à mettre au point le matériau hybride trois-en-un "peau intelligente" pour la prochaine génération de peau artificielle et électronique en utilisant un nouveau procédé. Le résultat de cette recherche pionnière a été publié dans la revue Advanced Materials Technologies.

Aussi délicat que le bout d'un doigt

Pendant près de six ans, l'équipe a travaillé au développement de la peau intelligente dans le cadre du projet ERC Smart Core de Coclite. Avec 2 000 capteurs individuels par millimètre carré, le matériau hybride est encore plus sensible que le bout d'un doigt humain. Chacun de ces capteurs est constitué d'une combinaison unique de matériaux : un polymère intelligent sous forme d'hydrogel à l'intérieur et une enveloppe d'oxyde de zinc piézoélectrique. Coclite explique : "L'hydrogel peut absorber de l'eau et se dilate donc lors des changements d'humidité et de température. Ce faisant, il exerce une pression sur l'oxyde de zinc piézoélectrique, qui réagit à cette pression et à toutes les autres contraintes mécaniques par un signal électrique".

Le résultat est un matériau très fin qui réagit simultanément à la force, à l'humidité et à la température avec une résolution spatiale extrêmement élevée et qui émet des signaux électroniques correspondants. "Les premiers échantillons de peau artificielle ont une épaisseur de six micromètres, soit 0,006 millimètre. Mais elle pourrait être encore plus fine", explique Anna Maria Coclite. En comparaison, l'épiderme humain a une épaisseur de 0,03 à 2 millimètres. La peau humaine perçoit les choses à partir d'une taille d'environ un millimètre carré. La peau intelligente a une résolution mille fois plus petite et peut enregistrer des objets trop petits pour la peau humaine (comme les micro-organismes).

Traitement des matériaux à l'échelle nanométrique

Les différentes couches de capteurs sont très fines et en même temps équipées d'éléments de détection couvrant toute la surface. Cela a été possible grâce à un procédé unique au monde pour lequel les chercheurs ont combiné pour la première fois trois méthodes connues de la chimie physique : un dépôt chimique en phase vapeur pour l'hydrogel, un dépôt de couche atomique pour l'oxyde de zinc et une lithographie par nano-impression pour le modèle polymère. La préparation lithographique de la matrice polymère était sous la responsabilité du groupe de recherche "Electronique hybride et structuration" dirigé par Barbara Stadlober. Ce groupe fait partie de l'Institut des matériaux de Joanneum Research, basé à Weiz.

Plusieurs champs d'application s'ouvrent maintenant pour le matériau hybride semblable à la peau. Dans le domaine de la santé, par exemple, le matériau capteur pourrait détecter de manière autonome les micro-organismes et les signaler en conséquence. On peut également imaginer des prothèses qui donnent à leur porteur des informations sur la température ou l'humidité, ou encore des robots capables de percevoir leur environnement de manière plus sensible. Sur la voie de l'application, la peau intelligente présente un avantage décisif : les nanorobots sensoriels - le "cœur intelligent" du matériau - sont produits à l'aide d'un procédé de fabrication basé sur la vapeur. Ce procédé est déjà bien établi dans les usines de production de circuits intégrés, par exemple. La production de la peau intelligente peut donc être facilement mise à l'échelle et intégrée aux lignes de production existantes.

Les propriétés de la peau intelligente sont en train d'être encore optimisées. Anna Maria Coclite et son équipe - ici en particulier le doctorant Taher Abu Ali - veulent étendre la plage de température à laquelle le matériau réagit et améliorer la flexibilité de la peau artificielle.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

Faits, contextes, dossiers
  • développements matériels
  • capteurs
  • science des matériaux
  • science des matériaux