Matériau hybride 3 en 1 pour la prochaine génération de peau artificielle intelligente

La peau est le plus grand organe sensoriel et en même temps le manteau protecteur de l’être humain. Il “ressent” plusieurs entrées sensorielles en même temps et rapporte des informations sur l’humidité, la température et la pression au cerveau. Pour Anna Maria Coclite, un matériau doté de telles propriétés multisensorielles est “une sorte de ‘saint graal’ dans la technologie des matériaux artificiels intelligents. En particulier, la robotique et les prothèses intelligentes bénéficieraient d’un système de détection mieux intégré et plus précis similaire à la peau humaine”. .” Le lauréat de la bourse ERC et chercheur à l’Institut de physique du solide de l’Université de Graz a réussi à développer le matériau hybride trois-en-un “peau intelligente” pour la prochaine génération de peau artificielle et électronique en utilisant un nouveau procédé. Le résultat de cette recherche pionnière vient d’être publié dans la revue Technologies des matériaux avancés.

Aussi délicat qu’un doigt

Pendant près de six ans, l’équipe a travaillé sur le développement de smart skin dans le cadre du projet ERC Smart Core de Coclite. Avec 2 000 capteurs individuels par millimètre carré, le matériau hybride est encore plus sensible qu’un bout de doigt humain. Chacun de ces capteurs est constitué d’une combinaison unique de matériaux : un polymère intelligent sous la forme d’un hydrogel à l’intérieur et une coque en oxyde de zinc piézoélectrique. Coclite explique : « L’hydrogel peut absorber de l’eau et ainsi se dilater lors des changements d’humidité et de température. Ce faisant, il exerce une pression sur l’oxyde de zinc piézoélectrique, qui répond à cela et à toutes les autres contraintes mécaniques par un signal électrique. Le résultat est un matériau ultra-mince qui réagit simultanément à la force, à l’humidité et à la température avec une résolution spatiale extrêmement élevée et émet des signaux électroniques correspondants. “Les premiers échantillons de peau artificielle mesurent six micromètres d’épaisseur, soit 0,006 millimètre. Mais ils pourraient être encore plus minces”, explique Anna Maria Coclite. En comparaison, l’épiderme humain a une épaisseur de 0,03 à 2 millimètres. La peau humaine perçoit les choses à partir d’une taille d’environ un millimètre carré. La peau intelligente a une résolution mille fois plus petite et peut enregistrer des objets trop petits pour la peau humaine (comme les micro-organismes).

Traitement des matériaux à l’échelle nanométrique

Les différentes couches de capteur sont très fines et en même temps équipées d’éléments de capteur couvrant toute la surface. Cela a été possible grâce à un procédé unique au monde pour lequel les chercheurs ont combiné pour la première fois trois méthodes connues de la chimie physique : un dépôt chimique en phase vapeur pour le matériau hydrogel, un dépôt de couche atomique pour l’oxyde de zinc et une lithographie par nanoimpression pour le modèle polymère. La préparation lithographique du gabarit polymère était sous la responsabilité du groupe de recherche “Électronique hybride et structuration” dirigé par Barbara Stadlober. Le groupe fait partie de l’Institut des matériaux de Joanneum Research basé à Weiz.

Plusieurs champs d’application s’ouvrent désormais pour le matériau hybride skin-like. Dans le domaine de la santé, par exemple, le matériau du capteur pourrait détecter indépendamment les micro-organismes et les signaler en conséquence. On peut également imaginer des prothèses qui donnent au porteur des informations sur la température ou l’humidité, ou des robots qui peuvent percevoir leur environnement avec plus de sensibilité. Sur le chemin de l’application, la peau intelligente marque un avantage décisif : les nanotiges sensorielles – le « cœur intelligent » du matériau – sont produites à l’aide d’un procédé de fabrication à base de vapeur. Ce procédé est déjà bien implanté dans les usines de production de circuits intégrés, par exemple. La production de smart skin peut ainsi être facilement mise à l’échelle et mise en œuvre dans les lignes de production existantes.

Les propriétés de la peau intelligente sont maintenant encore optimisées. Anna Maria Coclite et son équipe – ici en particulier le doctorant Taher Abu Ali – veulent étendre la plage de température à laquelle le matériau réagit et améliorer la flexibilité de la peau artificielle.

Source de l’histoire :

Matériaux fourni par Université de technologie de Graz. Original écrit par Susanne Filzwieser. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.