Les capteurs à ultrasons portables conventionnels ont été limités par une faible puissance de sortie et une mauvaise stabilité structurelle, ce qui les rend impropres à l’imagerie haute résolution ou aux applications thérapeutiques. Une équipe de recherche du KAIST a désormais surmonté ces défis en développant un capteur à ultrasons flexible à courbure statiquement réglable. Cette avancée ouvre de nouvelles possibilités pour les dispositifs médicaux portables capables de capturer des images précises et conformes au corps et d'effectuer des traitements non invasifs utilisant l'énergie ultrasonore.
KAIST (président Kwang Hyung Lee) a annoncé le 12 novembre qu'une équipe de recherche dirigée par le professeur Hyunjoo Jenny Lee de l'École de génie électrique a développé un transducteur ultrasonique micro-usiné (CMUT) capacitif « flexible à rigide (FTR) » capable de passer librement entre la flexibilité et la rigidité à l'aide d'un processus de plaquette semi-conductrice (MEMS).
L’équipe a incorporé un alliage à bas point de fusion (LMPA) à l’intérieur de l’appareil. Lorsqu'un courant électrique est appliqué, le métal fond, permettant à la structure de se déformer librement ; une fois refroidi, il se solidifie à nouveau, fixant le capteur dans la forme incurvée souhaitée.
Les CMUT conventionnels à base de membrane polymère souffrent d'un faible module d'élasticité, ce qui entraîne une puissance acoustique insuffisante et des points focaux flous lors des vibrations. Ils manquaient également de contrôle de courbure, ce qui limitait la mise au point précise sur les régions cibles.
L'équipe du professeur Lee a conçu une structure FTR combinant un substrat de silicium rigide avec un pont en élastomère flexible, permettant d'obtenir à la fois des performances de sortie élevées et une flexibilité mécanique. Le LMPA intégré permet un ajustement dynamique et une fixation de la forme du transducteur en basculant entre les états solide et liquide via une commande électrique.
En conséquence, le nouveau capteur peut automatiquement focaliser les ultrasons sur une région spécifique en fonction de sa courbure – sans nécessiter d'électronique de formation de faisceau séparée – et maintenir des performances électriques et acoustiques stables même après des flexions répétées.
La sortie acoustique de l'appareil atteint le niveau des ultrasons focalisés de faible intensité (LIFU), qui peuvent stimuler doucement les tissus pour induire des effets thérapeutiques sans causer de dommages. Des expériences sur des modèles animaux ont démontré que la stimulation non invasive de la rate réduisait l'inflammation et améliorait la mobilité dans les modèles d'arthrite.
À l'avenir, l'équipe prévoit d'étendre cette technologie à une structure de réseau bidimensionnel (2D) – disposant plusieurs capteurs dans une grille – pour permettre simultanément une imagerie par ultrasons à haute résolution et des applications thérapeutiques, ouvrant ainsi la voie à une nouvelle génération de systèmes médicaux intelligents.
Parce que la technologie est compatible avec les processus de fabrication de semi-conducteurs, elle peut être produite en série et adaptée aux systèmes à ultrasons portables et à usage domestique.
Cette étude a été menée par Sang-Mok Lee, Xiaojia Liang (co-premiers auteurs) et leurs collaborateurs sous la supervision du professeur Hyunjoo Jenny Lee. Les résultats ont été publiés en ligne le 23 octobre dans npj Electronique Flexible (Facteur d'impact : 15,5).
La recherche a été soutenue par le programme de développement de technologies bio et médicales (programme de recherche sur la convergence des sciences du cerveau) du ministère des Sciences et des TIC (MSIT) et le Fonds coréen de développement de dispositifs médicaux, une initiative multiministérielle de R&D.
