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Stick-On Tattoo remplace les fils et les câbles dans la surveillance des patients
Un tatouage autocollant ultra-mince intégrant la technologie de capteur la plus récente pourrait un jour remplacer la masse de fils et de câbles reliant les patients aux machines afin de surveiller la fréquence cardiaque et les ondes cérébrales. La nouvelle technologie «peau électronique», appelée système électronique épidermique (EES), a été développée par une équipe internationale de scientifiques et d’ingénieurs qui écrivent sur leur travail dans le numéro du 12 août de Science.
L'EES est le fruit d'une collaboration entre l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, la Northwestern University et la Tufts University, toutes aux États-Unis, et l'Institute of High Performance Computing à Singapour et l'Université de technologie de Dalian en Chine.
L'auteur correspondant de l'étude, John Rogers, professeur au Département de génie et des sciences des matériaux de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, décrit l'EES comme "une technologie qui brouille la distinction entre électronique et biologie".
"Notre objectif était de développer une technologie électronique capable de s'intégrer à la peau d'une manière invisible pour l'utilisateur, du point de vue mécanique et physiologique", a-t-il déclaré, ajoutant que les propriétés physiques de la peau électronique correspondent à celles de la peau humaine.
Dans un accompagnement La perspective article dans le même numéro de Science, Zhenqiang (Jack) Ma, professeur au Département de génie électrique et informatique de l’Université du Wisconsin, Madison, écrit que la «peau électronique» développée par Rogers et ses collègues permettra non seulement une surveillance plus simple, fiable et ininterrompu », mais résoudra également de nombreux problèmes avec les systèmes actuels dont le câblage et les câbles complexes sont peu pratiques et pénibles pour les patients et leurs médecins.
La technologie existante est déjà sophistiquée et capable de surveiller une gamme de variables physiologiques, telles que la fréquence cardiaque, les ondes cérébrales et l'activité musculaire, mais l'EES offre un moyen plus accessible et pratique nécessitant une puissance négligeable et utilisant des capteurs. sont presque sans poids.
Les dispositifs EES contiennent de minuscules émetteurs et récepteurs, des capteurs miniatures, des diodes électroluminescentes et des réseaux de filaments de fil soigneusement conçus.
Les prototypes ressemblent à des tatouages ??à la dentelle délicats, plats et collants de l’art moderne réalisés en fil métallique, et ont à peu près la taille d’un timbre-poste. En fait, le tatouage électronique est intégré sur le support en polyester des tatouages ??autocollants.
Parce qu'elles sont si minces (moins de 50 microns, plus fines qu'un cheveu humain), elles n'ont pas besoin de colle pour coller à la peau, elles utilisent des forces de contact proches de van der Waals qui agissent au niveau moléculaire, leur permettant de rester en place pendant des heures.
Dans leur étude, les chercheurs ont constaté que les dispositifs restaient en place jusqu’à 24 heures, dans des conditions idéales.
De plus, comme ils ont besoin de très peu d’énergie, les appareils EES peuvent être alimentés par des rayonnements électromagnétiques (via induction), émis ou non, et également par des panneaux solaires miniatures.
Les composants électroniques inorganiques des dispositifs sont généralement très durs et cassants, mais pour l’EES, les ingénieurs les ont conçus pour avoir des propriétés mécaniques semblables à celles des serpents, leur permettant de fléchir et de s’étirer sans se casser.
Le co-chercheur Yonggang Huang, professeur de génie civil et environnemental et de génie mécanique à la Northwestern University, a déclaré:
"La mécanique derrière la conception de notre électronique en forme de serpentine rend l’appareil aussi doux que la peau humaine."
"De plus, la conception en serpentin est très utile pour une auto-adhérence sur toute surface sans utiliser de colle", a-t-il ajouté.
La peau électronique auto-adhésive sera plus adaptée aux zones du corps les plus couramment utilisées pour les contrôles médicaux et expérimentaux tels que le front, les mains, les pieds et la poitrine. Il ne conviendra pas aux régions comme le coude, ont déclaré les chercheurs.
Cependant, il offre un avantage supplémentaire dans le fait que les régions du corps difficiles à atteindre avec la technologie actuelle des capteurs, comme la gorge, sont désormais accessibles. En fait, l’étude de Science décrit une application où les chercheurs ont étudié le dispositif inséré dans la gorge pour surveiller l'activité musculaire pendant la parole.
Les chercheurs ont indiqué que l’appareil était précis à plus de 90% dans l’interprétation des mots et du vocabulaire, ce qui était suffisant pour contrôler un jeu vidéo à commande vocale, ce qu’ils ont testé.
Cela suggère une autre application potentielle pour l'EES, l'activation vocale, qui pourrait par exemple aider les patients atteints d'une maladie du larynx, et la communication sous-vocale, par exemple lorsque des opérateurs secrets pourraient parler sans émettre de sons audibles.
La technologie pour EES est née des efforts conjoints de Rogers et de Huang visant à développer une électronique flexible pour les caméras et autres appareils nécessitant des composants aux formes complexes.
Rogers a déclaré qu’ils venaient tout juste de commencer à travailler sur l’EEE et qu’ils voulaient aller beaucoup plus loin.
«Sur le plan technologique, nous nous concentrons sur la communication sans fil et sur des solutions améliorées pour l’alimentation, telles que les batteries, les condensateurs de stockage et les collecteurs d’énergie mécanique, pour compléter les concepts inductifs et solaires présentés dans cet article»
L'équipe pense également à d'autres applications médicales nécessitant de petits capteurs, telles que la surveillance de l'apnée du sommeil et des nouveau-nés. Et plus tard, ils espèrent incorporer de minuscules appareils capables de manipuler les fluides, de les utiliser comme un bandage électronique ou une bande de peau électronique qui aide à guérir plus rapidement les plaies, les brûlures et autres problèmes de peau.
Les fonds de la National Science Foundation, de l'US Air Force, du Department of Energy et du Beckman Institute ont permis de financer la recherche.
Écrit par Catharine Paddock PhD
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