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iSkin : Un matériau de capteur extensible pour alimenter une électronique portable

La flexibilité de la peau humaine au service de la robotique

Un nouveau matériau conçu par des chercheurs de la faculté des sciences appliquées et de l’ingénierie de l’université de Toronto combine la flexibilité de la peau humaine avec une conductivité améliorée et une tolérance à des températures aussi basses que -93 °C. Connue sous le nom de peau ionique, ou iSkin, cette substance pourrait améliorer un large éventail de technologies. La substance peut notamment alimenter des technologies telles que l’électronique portable ou la robotique douce.

« Les hydrogels sont des polymères réticulés capables de retenir une grande quantité d’eau dans leur structure chimique », explique Binbin Ying, qui a dirigé la conception du matériau. Ying qui poursuit également des études supérieures à l’Université McGill et travaille simultanément comme doctorant invité dans le laboratoire du professeur d’ingénierie Xinyu Liu de l’Université de Toronto.

« De nombreux tissus de notre propre corps sont des hydrogels. Ils sont donc souvent utilisés dans des applications où la bio-compatibilité est importante, comme les cosmétiques ou l’ingénierie tissulaire. Mais si nous voulons les utiliser dans l’électronique douce, flexible ou portable, nous devons y ajouter de nouvelles fonctionnalités. Des fonctionnalités telles que l’étirabilité mécanique et la conductivité électrique. »

Les domaines d’application de l’iSkin

L’année dernière, Ying et Liu ont dévoilé une itération antérieure d’iSkin qui a montré certaines de ses capacités. Elle est surtout auto-alimentée, non toxique et peut s’étirer jusqu’à 400 % de sa taille initiale.

Plus important encore, la flexion du matériau entraîne un changement proportionnel de sa conductivité. Cela lui permet de convertir un mouvement physique en un signal électrique analogue.

Un physiothérapeute pourrait le coller sur votre genou ou votre coude pour mesurer quand et de combien votre articulation bouge. « Nous l’avons également appliqué sur un gant, ce qui nous permet de mesurer et de suivre les mouvements de la main, qui peuvent ensuite être utilisés pour contrôler un robot. C’est un moyen très polyvalent de faciliter toutes sortes d’interactions homme-machine », indique Liu.

Avec la contribution des étudiants, les chercheurs explorent d’autres applications d’iSkin. Par exemple, l’ajout de pièces du matériau à une pince mécanique fournit un ensemble de signaux de retour qui est unique à chaque objet saisi. L’analyse des combinaisons de signaux peut alors permettre au robot de « sentir » ce qu’il saisit. En combinaison avec des algorithmes d’intelligence artificielle, le robot peut même apprendre à distinguer les objets durs des objets mous, ronds des objets cubiques, etc. Il pourra ainsi les trier de manière appropriée.

Problème résolu

Jusqu’à présent, iSkin souffrait d’un inconvénient commun à tous les hydrogels. En effet, lorsque l’eau qu’ils contiennent gèle, les cristaux de glace qui en résultent peuvent sérieusement endommager la matrice polymère complexe. L’air froid et sec peut également aspirer l’eau liquide restante de l’hydrogel.

Ying et les membres de son équipe ont résolu le problème en ajoutant du glycérol. Un produit chimique non toxique couramment utilisé dans tout, des aliments au gel pour cheveux. Après avoir soigneusement testé des centaines de recettes possibles, ils ont mis au point une nouvelle formulation d’iSkin qui augmente la tolérance au froid sans sacrifier les autres propriétés utiles du matériau.

En prime, cette nouvelle formulation permet à l’hydrogel d’adhérer encore plus facilement à la peau, aux vêtements et à d’autres matériaux.

« Nous l’avons collé à l’extérieur d’une veste et sommes sortis dans un hiver torontois. Un environnement où il faisait 10 degrés en dessous de zéro », explique Ying. Nous avons pu prendre les mêmes types de mesures que celles effectuées en laboratoire.

La tolérance au froid et l’amélioration de l’adhérence augmentent encore la liste des applications possibles du matériau. Par exemple, la pince mécanique de triage pourrait désormais fonctionner dans une installation de stockage à basse température. Une installation où il serait inconfortable pour un humain de travailler.

L’équipe envisage également d’autres possibilités, notamment des robots mous conçus pour grimper sur des terrains accidentés dans des environnements arctiques. À l’avenir, ils prévoient de continuer à développer le matériau et éventuellement de le miniaturiser.

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