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« e-Skin » qui imite la peau biologique et ses fonctions

La découverte d'un nouveau type de « peau électronique » malléable, auto-cicatrisante et entièrement recyclable a de larges applications dans la surveillance de la santé, la robotique, les prothèses et les dispositifs biomédicaux améliorés.

Une étude publiée dans Science Advances présente une nouvelle peau électronique (ou simplement une peau électronique) qui possède une multitude de propriétés, notamment la malléabilité, l'auto-guérison et la recyclabilité totale par rapport à l'humain peau1.La peau, notre plus grand organe, est l'enveloppe charnue vue de l'extérieur. Notre peau est un organe très polyvalent qui agit comme un bouclier imperméable et isolant et protège notre corps d'une variété de dangers ou de facteurs externes, par exemple le soleil nocif. Certaines des fonctions de la peau sont la régulation de la température corporelle, la protection du corps contre l'absorption de substances toxiques et également l'excrétion de substances toxiques (avec la sueur), le soutien mécanique et immunologique et la production de l'essentiel. vitamine D ce qui est très important pour nos os. La peau est également un énorme capteur doté de nombreux nerfs pour communiquer instantanément avec le cerveau.

Des chercheurs du monde entier ont travaillé sur le développement de différents types et tailles de « wearable peaux électroniques' dans le but d'essayer d'imiter biologiques la peau et ses diverses fonctions. Il existe un fort besoin de dispositifs flexibles et extensibles pour une intégration transparente avec la peau humaine douce et curviligne. À l'échelle nanométrique (10-9m) les matériaux peuvent fournir la polyvalence mécanique et électrique requise en remplacement du silicium rigide qui était habituellement utilisé auparavant. L'équipe dirigée par le Dr Jianliang Xiao de l'Université du Colorado à Boulder, aux États-Unis, a développé avec succès une peau électronique artificielle (e-skin) dans le but de traduire le toucher sensoriel de la peau humaine sur des robots et des prothèses. Cette tentative va dans le sens d'une technologie « portable » à l'avenir qui aurait un potentiel et une valeur énormes dans les domaines médical, scientifique et technique.

E-skin : auto-cicatrisante et recyclable

L'E-skin est un matériau fin et translucide ayant une roman type de réseau polymère dynamique lié de manière covalente, appelé polyimine, qui est mélangé à des nanoparticules d'argent pour améliorer la résistance mécanique, la stabilité chimique et la conductivité électrique. Cet e-skin intègre également des capteurs pour mesurer la pression, la température, l’humidité et le débit d’air. Cette peau électronique est considérée comme remarquable car elle a été incorporée avec de nombreuses caractéristiques qui en font une imitation extrêmement proche de la peau humaine. Il est hautement malléable et peut être facilement posé sur des surfaces courbes (par exemple, bras et jambes humains, mains robotiques) en lui appliquant une chaleur et une pression modérées sans introduire de contraintes excessives. Il possède d'étonnantes propriétés d'auto-guérison : en cas de coupure ou de dommage causé par une circonstance externe, la peau électronique recrée les liaisons chimiques entre les deux côtés séparés, rétablissant la matrice pour sa fonctionnalité appropriée et revenant à son état de liaison d'origine.

Si cette e-skin devient inutilisable en quelque circonstance que ce soit, elle peut être entièrement recyclée et transformée en une toute nouvelle e-skin en la plaçant dans une solution de recyclage qui « liquéfie » le matériau e-skin existant et le transforme en « nouveau » e-skin. Cette solution de recyclage – un mélange de trois composés chimiques disponibles dans le commerce dans de l'éthanol – dégrade les polymères et les nanoparticules d'argent coulent au fond de la solution. Ces polymères dégradés peuvent être réutilisés pour fabriquer une nouvelle peau électronique fonctionnelle. Cette autocicatrisation et cette recyclabilité atteignables à température ambiante sont attribuées à la liaison chimique du polymère utilisé. L'avantage du réseau polymère de polyimine est qu'il est réversible et peut être brisé et recyclé contrairement à la plupart des matériaux de thermostat conventionnels qui ne peuvent être ni remodelés, ni retraités ni recyclés en raison des liaisons irréversibles au sein de leurs réseaux polymères réticulés. Ceci est plus robuste que la peau humaine elle-même et il pourrait être utilisé comme une amélioration plutôt que comme un remplacement. Il est également agréable au toucher et ressemble presque à de la vraie peau, ce qui pourrait éventuellement en faire un agent de couverture à l'avenir, par exemple des appareils électroniques.

Les propriétés écologiques et peu coûteuses de l'e-skin ont été saluées et une telle e-skin pourrait réduire considérablement les déchets électroniques et l'impact environnemental et pourrait être très utilisable et populaire auprès des fabricants dans différents domaines. Bien que cela puisse paraître tiré par les cheveux pour le moment, cette technologie de réutilisation pourrait également être appliquée de la même manière aux anciens appareils électroniques. En fait, les trackers de fitness et les moniteurs de santé modernes, une fois endommagés, s’ajoutent à la montagne croissante de problèmes environnementaux aggravant les déchets électroniques. L'e-skin pourrait être porté autour de notre cou ou sur nos poignets et ceux-ci pourraient être comme des vêtements flexibles ou des tatouages ​​temporaires et chaque fois qu'ils sont endommagés, ils peuvent être recyclés et réutilisés. L’e-skin étant flexible, il peut être plié et tordu et peut être personnalisé en fonction du porteur. La technologie ouvre des voies pour l'intelligence robotique dans lequel une peau électronique aussi agréable au toucher et confortable peut être enroulée autour du corps d'un robot ou d'un membre artificiel. Pour être plus précis, un bras ou une jambe prothétique enveloppé dans cette peau électronique peut permettre à l'utilisateur de réagir aux changements de température et de pression grâce aux multiples capteurs qui y sont incorporés. Les bras ou les jambes robotiques équipés d'une telle peau électronique peuvent rendre les robots plus délicats envers les humains et être plus sûrs et fiables. Par exemple, l'e-skin pourrait être spécifiquement adapté à un robot manipulant un bébé ou une personne âgée fragile et ainsi le robot n'appliquerait pas trop de force. Une autre application de l’e-skin peut être potentiellement dans des environnements dangereux ou des emplois à haut risque. Il est plausible que cette technologie puisse être utilisée avec des boutons, des commandes ou des portes virtuelles qui permettraient toute opération sans interaction physique humaine, par exemple dans l'industrie des explosifs ou d'autres secteurs de travail dangereux, et ainsi cette peau électronique pourrait peut-être diminuer les chances de toute blessure humaine.

Ajout d'affichage à e-skin

Une équipe de chercheurs de l'Université de Tokyo a récemment ajouté un écran2(micro-LED) aux patchs e-skin ultrafins de type pansement pour permettre l'affichage de différents signes de surveillance de la santé en temps réel (par exemple, mesurer les niveaux de glucose chez les personnes atteintes de diabète ou la forme d'onde en mouvement d'un électrocardiogramme d'un cœur patientforward). Ces patchs ont un câblage extensible et peuvent donc se plier ou s'étirer jusqu'à 45 % en fonction du mouvement du porteur. Ceux-ci sont considérés comme ayant la conception la plus flexible et la plus durable de ces derniers temps. L'excrétion continue de cellules de la peau humaine pourrait signifier que le patch pourrait tomber après quelques jours, mais cela peut être contourné.

Cette étude, dirigée par le professeur Takao Someya, indique qu'un tel écran peut éventuellement être utilisé pour permettre la lecture et la communication d'informations médicales de manière transparente et simple, non seulement pour les patients mais également pour les membres de la famille, les soignants et les professionnels de la santé, en personne ou même. à distance. Il recevrait également des messages. Les chercheurs visent à améliorer encore la fiabilité du patch, à le rendre plus rentable et également à augmenter sa production pour une portée plus large dans le monde entier. Leur objectif est de lancer cet appareil sur le marché d'ici la fin de 2020.

Défis à relever

Le développement de l'e-skin est une nouvelle recherche très excitante, cependant, l'une des propriétés fondamentales de notre - flexibilité et capacité d'étirement - n'a pas encore été atteinte avec succès par l'e-skin. La peau électronique est douce mais pas aussi extensible que la peau humaine. Selon les auteurs, en l'état, le matériel n'est pas non plus très facilement reproductible. Une légère réduction des performances globales de détection d'un appareil e-skin régénéré/recyclé a été observée par rapport à un nouveau module, ce qui doit être entièrement résolu par des recherches plus approfondies. Les champs magnétiques utilisés par les peaux électroniques sont également assez élevés et doivent être réduits. Actuellement, l'appareil est alimenté par une source externe, ce qui est très peu pratique, mais il devrait être possible d'avoir de petites piles rechargeables pour alimenter l'appareil à la place. Le Dr.Xiao et son équipe souhaitent affiner ce produit et améliorer la solution de mise à l'échelle afin qu'au moins les obstacles économiques puissent être dépassés et que cette peau électronique devrait être plus facile à fabriquer et à placer sur des robots, des prothèses, des dispositifs médicaux ou autre.

***

{Vous pouvez lire le document de recherche original en cliquant sur le lien DOI ci-dessous dans la liste des sources citées}

Sources)

1. Zou Z et al. 2018. Peau électronique régénérable, entièrement recyclable et malléable activée par un nanocomposite thermodurcissable covalent dynamique. Science Advanceshttps://doi.org/10.1126/sciadv.aaq0508

2. Someya T. 2018. Surveillance continue de la santé avec des capteurs ultra-flexibles sur la peau. Symposium de la réunion annuelle de l'AAAS, Austin, Texas, 17 février 2018.

Équipe SCIEU
Équipe SCIEUhttps://www.ScientificEuropean.co.uk
Scientifique Européen® | SCIEU.com | Avancées significatives de la science. Impact sur l'humanité. Esprits inspirants.

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