La peau électronique a de forts futurs étirements, suggère une étude

La peau électronique a de forts futurs étirements, suggère une étude

Un matériau qui imite la peau humaine en force, extensibilité et sensibilité pourrait être utilisé pour collecter des données biologiques en temps réel. La peau électronique, ou e-skin, peut jouer un rôle important dans les prothèses de nouvelle génération, la médecine personnalisée, la robotique douce et l'intelligence artificielle.

«L'e-skin idéale imitera les nombreuses fonctions naturelles de la peau humaine, telles que la détection de la température et du toucher, avec précision et en temps réel», déclare Yichen Cai, post-doctorant chez KAUST. Cependant, fabriquer des composants électroniques suffisamment flexibles qui peuvent effectuer des tâches aussi délicates tout en supportant les chocs et les éraflures de la vie quotidienne est un défi, et chaque matériau impliqué doit être soigneusement conçu.

La plupart des e-skins sont fabriqués en superposant un nanomatériau actif (le capteur) sur une surface extensible qui se fixe à la peau humaine. Cependant, la connexion entre ces couches est souvent trop faible, ce qui réduit la durabilité et la sensibilité du matériau; sinon, s'il est trop fort, la flexibilité devient limitée, ce qui le rend plus susceptible de se fissurer et de rompre le circuit.

«Le paysage de l'électronique de la peau évolue à un rythme spectaculaire», déclare Cai. "L'émergence des capteurs 2D a accéléré les efforts pour intégrer ces matériaux atomiquement minces et mécaniquement résistants dans des peaux artificielles fonctionnelles et durables."

Une équipe dirigée par Cai et son collègue Jie Shen a maintenant créé une peau électronique durable en utilisant un hydrogel renforcé de nanoparticules de silice comme substrat solide et extensible et un carbure de titane 2D MXène comme couche de détection, liés par des nanofils hautement conducteurs.

«Les hydrogels contiennent plus de 70% d'eau, ce qui les rend très compatibles avec les tissus cutanés humains», explique Shen. En pré-étirant l'hydrogel dans toutes les directions, en appliquant une couche de nanofils, puis en contrôlant soigneusement sa libération, les chercheurs ont créé des voies conductrices vers la couche de capteur qui sont restées intactes même lorsque le matériau était étiré à 28 fois sa taille d'origine.

Leur prototype e-skin pouvait détecter des objets à une distance de 20 centimètres, répondre à des stimuli en moins d'un dixième de seconde et, lorsqu'il était utilisé comme capteur de pression, pouvait distinguer une écriture manuscrite. Il a continué à bien fonctionner après 5000 déformations, récupérant à chaque fois environ un quart de seconde. «C'est une réalisation frappante pour une peau électronique de maintenir sa ténacité après une utilisation répétée», déclare Shen, «qui imite l'élasticité et la récupération rapide de la peau humaine».

Ces e-skins pourraient surveiller une gamme d'informations biologiques, telles que les changements de pression artérielle, qui peuvent être détectées à partir des vibrations dans les artères jusqu'aux mouvements des grands membres et des articulations. Ces données peuvent ensuite être partagées et stockées sur le cloud via Wi-Fi.

«Un obstacle restant à l'utilisation généralisée des e-skins réside dans la mise à l'échelle des capteurs haute résolution», ajoute le chef du groupe Vincent Tung; "cependant, la fabrication additive assistée par laser offre une nouvelle promesse."

«Nous envisageons un avenir pour cette technologie au-delà de la biologie», ajoute Cai. "Un ruban de détection extensible pourrait un jour surveiller la santé structurelle des objets inanimés, tels que les meubles et les avions."


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