Développer une meilleure peau ionique

Les ingénieurs de l'UBC pénètrent dans la peau de la peau ionique

Les chercheurs utilisent un dessert en gelée pour démontrer comment les ions se déplacent dans les hydrogels. Crédit : Kai Jacobson/Faculté des sciences appliquées de l’UBC

Dans la quête pour construire une peau intelligente qui imite les capacités de détection de la peau naturelle, les peaux ioniques ont montré des avantages significatifs. Ils sont constitués d’hydrogels flexibles et biocompatibles qui utilisent des ions pour transporter une charge électrique. Contrairement aux peaux intelligentes en plastique et en métal, les hydrogels ont la douceur de la peau naturelle. Cela offre une sensation plus naturelle au bras prothétique ou à la main du robot sur lequel ils sont montés et les rend confortables à porter.

Ces hydrogels peuvent générer des tensions lorsqu’ils sont touchés, mais les scientifiques ne comprenaient pas clairement comment, jusqu’à ce qu’une équipe de chercheurs de l’UBC élabore une expérience unique, publiée aujourd’hui dans Science.

“Le fonctionnement des capteurs d’hydrogel est qu’ils produisent des tensions et des courants en réaction à des stimuli, tels que la pression ou le toucher, ce que nous appelons un effet piézoionique. Mais nous ne savions pas exactement comment ces tensions sont produites”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Yuta. Dobashi, qui a commencé le travail dans le cadre de sa maîtrise en génie biomédical à l’UBC.

Travaillant sous la supervision du chercheur de l’UBC, le Dr John Madden, Dobashi a conçu des capteurs d’hydrogel contenant des sels avec des ions positifs et négatifs de différentes tailles. Lui et ses collaborateurs des départements de physique et de chimie de l’UBC ont appliqué des champs magnétiques pour suivre précisément la façon dont les ions se déplaçaient lorsqu’une pression était appliquée au capteur.

Les ingénieurs de l'UBC pénètrent dans la peau de la peau ionique

Yuta Dobashi, diplômée du programme de maîtrise en génie biomédical de l’UBC, et le conseiller pédagogique, le Dr John Madden, professeur de génie électrique et informatique à la faculté des sciences appliquées de l’UBC. Crédit : Kai Jacobson/Faculté des sciences appliquées de l’UBC

“Lorsqu’une pression est appliquée sur le gel, cette pression répartit les ions dans le liquide à différentes vitesses, créant un signal électrique. Les ions positifs, qui ont tendance à être plus petits, se déplacent plus rapidement que les ions négatifs plus gros. Il en résulte un ion inégal distribution qui crée un champ électrique, c’est ce qui fait fonctionner un capteur piézo-ionique.”

Les chercheurs affirment que ces nouvelles connaissances confirment que les hydrogels fonctionnent de la même manière que les humains détectent la pression, qui consiste également à déplacer des ions en réponse à la pression, inspirant de nouvelles applications potentielles pour les peaux ioniques.

“L’application évidente consiste à créer des capteurs qui interagissent directement avec les cellules et le système nerveux, puisque les tensions, les courants et les temps de réponse sont similaires à ceux à travers les membranes cellulaires”, explique le Dr Madden, professeur de génie électrique et informatique à la faculté des sciences appliquées de l’UBC. . “Lorsque nous connectons notre capteur à un nerf, il produit un signal dans le nerf. Le nerf, à son tour, active la contraction musculaire.”

Les ingénieurs de l'UBC pénètrent dans la peau de la peau ionique

La photo montre le capteur hydrogel fixé à un bras prothétique. Lorsqu’une pression est appliquée sur le capteur, cela incite le bras à bouger. Crédit : Kai Jacobson/Faculté des sciences appliquées de l’UBC

“Vous pouvez imaginer un bras prothétique recouvert d’une peau ionique. La peau détecte un objet par le toucher ou la pression, transmet cette information par les nerfs au cerveau, et le cerveau active alors les moteurs nécessaires pour soulever ou tenir l’objet. Avec plus développement de la peau du capteur et des interfaces avec les nerfs, cette interface bionique est envisageable.”

Une autre application est un capteur d’hydrogel doux porté sur la peau qui peut surveiller les signes vitaux d’un patient tout en étant totalement discret et en générant sa propre énergie.

Dobashi, qui termine actuellement son doctorat. travaille à l’Université de Toronto, souhaite continuer à travailler sur les technologies ioniques après l’obtention de son diplôme.

“Nous pouvons imaginer un avenir où des” iontroniques “ressemblant à de la gelée sont utilisées pour les implants corporels. Des articulations artificielles peuvent être implantées, sans crainte de rejet à l’intérieur du corps humain. Des dispositifs ioniques peuvent être utilisés dans le cadre du cartilage artificiel du genou, ajoutant une détection intelligente Un implant de gel piézoionique peut libérer des médicaments en fonction de la pression qu’il détecte, par exemple. »

Le Dr Madden a ajouté que le marché des peaux intelligentes est estimé à 4,5 milliards de dollars en 2019 et qu’il continue de croître. “Les peaux intelligentes peuvent être intégrées aux vêtements ou placées directement sur la peau, et les peaux ioniques sont l’une des technologies qui peuvent favoriser cette croissance.”

La recherche comprend des contributions du doctorat en chimie de l’UBC. Yael Petel, diplômée, et Carl Michal, professeur de physique à l’UBC, qui ont utilisé l’interaction entre les champs magnétiques puissants et les spins nucléaires des ions pour suivre les mouvements des ions dans les hydrogels. Cédric Plesse, Giao Nguyen et Frédéric Vidal de l’Université CY Cergy Paris en France ont aidé à développer une nouvelle théorie sur la façon dont la charge et la tension sont générées dans les hydrogels.


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Plus d’information:
Yuta Dobashi et al, Mécanorécepteurs piézoioniques, Science (2022). DOI : 10.1126/science.aaw1974

Fourni par l’Université de la Colombie-Britannique

Citation: Développer une meilleure peau ionique (2022, 28 avril) récupéré le 28 avril 2022 sur https://techxplore.com/news/2022-04-ionic-skin.html

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