Une peau électronique dotée d’un système de détection capable de détecter la pression et la température pourrait un jour être utilisée pour aider les personnes amputées à mieux ressentir leurs prothèses.
Les travaux, dirigés par des chercheurs de l’Université de l’État de Washington et publiés dans la revue Rapports cellulaires Sciences physiques, peut détecter à une échelle dix fois plus fine que les capteurs de gants commerciaux actuels.
Cette approche démocratise la production d’e-skins de qualité médicale, rendant le retour tactile avancé viable pour une adoption clinique généralisée. Ce travail jette les bases d’une peau entièrement bionique dotée de fonctions de détection et de stimulation haptique sur les prothèses. »
Hongyi Shen, étudiant diplômé, École de génie mécanique et des matériaux, Université de l’État de Washington et premier auteur de l’article
La stimulation haptique reproduit le sens du toucher. Fournir une sensation, même partielle, aux personnes amputées pourrait grandement améliorer leur capacité à effectuer des tâches. Bien qu’il existe actuellement des skins électroniques, ils sont chers et ont une faible résolution de détection. En outre, ils ne conviennent souvent pas aux personnes et ne couvrent que de petites régions. En fait, plus les e-skins sont fabriqués selon une forme personnalisée, moins leur capacité de détection est performante. De plus, la grande quantité de données générées par les réseaux de détection signifie qu’ils ne fonctionnent pas bien en temps réel.
« Souvent, ces appareils sont obligés de faire des compromis entre confort et fiabilité mécanique », a déclaré Shen.
Les chercheurs de la WSU ont développé un système de détection personnalisable pour les prothèses qui s’adapte à la forme libre des membres et imite mieux la vraie peau humaine dans ses capacités de détection. Les modules de capteurs qu’ils ont créés sont des sandwichs à couches minces qui intègrent des capteurs de température et de pression. Les éléments permettent une détection tactile de type humain, permettant une identification fiable de la texture de la surface et des propriétés des matériaux.
Les chercheurs ont utilisé une méthode de fabrication « scan-modèle-impression » qui permet une détection haute densité en même temps qu’une fabrication 3D personnalisée.
« Le scanner scanne essentiellement la prothèse puis, en fonction de la géométrie, nous cartographions nos capteurs comme un système de détection multimodal avec cette géométrie », a déclaré Kaiyan Qiu, professeur adjoint de la famille Berry à l’École de génie mécanique et des matériaux et auteur correspondant de l’article. « Cela permet à notre système de détection d’avoir une couverture transparente sur la région de forme libre des prothèses. »
Les capteurs sont précis et fiables et peuvent mesurer à la fois la pression et la température à haute densité sur une surface plane ou courbe. Plutôt que de nécessiter des adhésifs, les modules de capteurs s’emboîtent comme des Legos.
« Notre principale méthode de fabrication utilisant l’impression 3D et la découpe laser est relativement simple, elle pourrait donc être relativement peu coûteuse et pratique », a déclaré Qiu..
Le projet a été partiellement soutenu par le stage de recherche de la National Science Foundation en robotique de nouvelle génération (NRT-LEAD) de la WSU, dirigé par Prashanta Dutta, professeur Richard Schneider Jr. et directeur de l’École de génie mécanique et des matériaux. Dutta est également un auteur correspondant du journal. Un soutien supplémentaire a été fourni par la startup WSU de Qiu et les fonds Cougar Cage.
Les chercheurs ont soumis une divulgation d’invention pour un brevet provisoire auprès de l’équipe du Bureau de recherche, d’innovation et d’entrepreneuriat du WSU. Ils travaillent également sur un actionneur qui convertira éventuellement les signaux de détection de la peau électronique pour permettre à une personne amputée de savoir ce qu’elle touche. Cela impliquerait de convertir les signaux de détection en stimulation et en signalisation des nerfs voisins.
Shen, qui est un stagiaire de NRT-LEAD, a déclaré qu’il s’intéresse depuis longtemps à aider les personnes en rééducation et qu’il possède une expérience dans le travail des capteurs et l’impression 3D.
« En faisant cela, j’ai combiné mes intérêts », a-t-il déclaré. « Je pense que ce que nous faisons dans ce projet va vraiment un jour aider les amputés à rendre leur vie plus facile grâce à notre appareil. »
