C’est à nouveau une innovation de l’Institut californien de technologie (Caltech, Pasadena, Californie), cette peau électronique ou e-skin entièrement alimentée par la sueur et capable telle un tracker classique de surveiller la santé. Une véritable plateforme de détection électronique donc, présentée dans la revue Science Robotics mais pas seulement : ce biocapteur intelligent ultra-mince est aussi une interface homme-machine en puissance pour des prothèses de nouvelle génération.
Ce n’est pas le premier patch -ou e-skin- équipé de capteurs flexibles capables de surveiller plusieurs paramètres physiques. Mais c’est probablement le premier qui n’a pas besoin de l'énergie de batteries ou de la communication d’un champ magnétique proche. L’idée ici est en effet la conception d’un tracker adapté à la prochaine génération d'appareils robotiques et médicaux, fonctionnant sans fil et auto-alimenté. Plusieurs équipes de recherche travaillent aujourd’hui à des dispositifs pouvant récupérer l'énergie du corps humain.
Cette e-skin flexible, entièrement alimentée par la sueur
et donc sans batterie, est équipée de capteurs multimodaux et de cellules de biocarburant lactate très efficaces qui permettent une auto-alimentation stable à long terme autosuffisante pour une durée de 60 heures. Le dispositif est capable de surveiller les principaux composants ou analytes métaboliques (l'urée, le glucose, le pH…) et de transmettre ces données à l'interface utilisateur via Bluetooth. Le dispositif est également capable de surveiller la contraction musculaire et pourrait fonctionner comme une interface homme-machine (plutôt qu’un implant cérébral…) pour le contrôle de prothèses de nouvelle génération.
La peau et la sueur : la philosophie de cette innovation extrême, soit en schématisant, une interface homme-machine sous forme de patch minuscule, procède d’une idée simple chez ses inventeurs : nous vivons le monde qui nous entoure à travers notre peau. De la détection de la température, de la sensation de plaisir ou de la douleur, les nombreuses terminaisons nerveuses de notre peau nous en disent long sur le monde extérieur. Mais au-delà, cette équipe surmonte l’un des principaux défis de ces types de dispositifs portables, leur alimentation : « Beaucoup utilisent des piles, mais ce n'est pas très durable. Certaines équipes ont testé des cellules solaires ou la puissance du mouvement humain, mais nous pensons pouvoir obtenir suffisamment d'énergie de la sueur pour alimenter notre dispositif », explique l’auteur principal, Wei Gao de Caltech.
La sueur humaine contient des niveaux très élevés de lactate, un sous-produit des processus métaboliques normaux, en particulier des muscles pendant l'exercice. Les piles à combustible intégrées dans la peau électronique absorbent ce lactate et le combinent avec l'oxygène de l'atmosphère, générant de l'eau et du pyruvate, un autre sous-produit du métabolisme. Pendant leur fonctionnement, les piles à biocarburant génèrent suffisamment d'électricité pour alimenter les capteurs et un appareil Bluetooth similaire à celui qui relie un mobile à un autoradio par exemple.
Les chercheurs ont pour objectif de développer toute une variété de capteurs pouvant être intégrés dans l'e-skin. « Nous voulons que ce système soit une plate-forme, et pas seulement un biocapteur portable mais aussi une interface homme-machine. Les signes vitaux et les informations moléculaires collectés à l'aide de cette plate-forme pourraient être utilisés pour optimiser des prothèses de nouvelle génération ».
Source : Science Robotics April 22, 2020 DOI : DOI: 10.1126/scirobotics.aaz7946 Biofuel-powered soft electronic skin for multiplexed and wireless sensing (Visuel Caltech)
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