Et si nous n’avions pas de peau? Nous n’aurions aucun sens du toucher, aucune détection de froideur ou de douleur, nous laissant incapables de répondre à la plupart des situations. La peau n’est pas seulement une coque protectrice pour les organes, mais plutôt un système de signalisation de survie qui fournit des informations sur les stimuli externes ou la température, ou un observatoire météorologique qui rapporte la météo. Les récepteurs tactiles, serrés sur toute la peau, ressentent la température ou les stimuli mécaniques – comme le toucher ou le pincement – et les convertissent en signaux électriques destinés au cerveau.
Le défi pour la peau électronique , en cours de développement pour une utilisation dans des peaux artificielles ou des robots ressemblant à des humains comme les humanoïdes, est de ressentir les températures et les mouvements comme la peau humaine les ressent autant que possible. Jusqu’à présent, il existe des peaux électroniques capables de détecter le mouvement ou la température séparément, mais aucune n’est capable de reconnaître les deux simultanément comme la peau humaine .
Une équipe de recherche commune composée du professeur POSTECH Unyong Jeong et du Dr Insang You du Département de science et génie des matériaux, et du professeur Zhenan Bao de l’Université de Stanford ont développé ensemble une peau multimodale ion-électronique capable de mesurer la température et la stimulation mécanique en même temps. temps. Les résultats de la recherche, publiés dans l’édition du 20 novembre de Science , se caractérisent par la création de structures très simples en appliquant des propriétés spéciales des conducteurs ioniques.
Il existe divers récepteurs tactiles dans la peau humaine qui peuvent détecter les températures chaudes ou froides ainsi que d’autres sensations tactiles telles que le pincement, la torsion ou la poussée. Grâce à ces récepteurs, les humains peuvent faire la distinction entre les stimuli mécaniques et la température. La peau électronique conventionnelle fabriquée jusqu’à présent avait des difficultés à mesurer la température si des stimuli mécaniques étaient appliqués sur la peau.
La peau humaine est librement extensible mais incassable car elle est pleine d’électrolytes.L’équipe de recherche commune a donc fabriqué le capteur en utilisant ces matériaux. Ils ont également profité du fait que le matériau conducteur ionique contenant l’électrolyte peut avoir différentes propriétés mesurables en fonction de sa fréquence de mesure. Sur la base de la nouvelle découverte, un récepteur artificiel multifonctionnel a été créé qui peut mesurer une sensation tactile et une température en même temps.
En outre, l’équipe de recherche a dérivé des variables – le temps de relaxation de charge et la capacité normalisée – qui ne répondent qu’aux températures des conducteurs ioniques et des variables qui ne répondent qu’aux stimuli mécaniques. Les sorties des variables pourraient être obtenues en mesurant seulement deux fréquences de mesure. Le temps de relaxation de charge, qui est le temps nécessaire pour que la polarisation des ions disparaisse, peut mesurer la température et ne répond pas aux mouvements, et la capacité normalisée peut mesurer les mouvements sans répondre à la température.
Ce récepteur artificiel avec une simple structure électrode-électrolyte-électrode a un grand potentiel de commercialisation et mesure avec précision la température de l’objet appliqué ainsi que la direction ou le profil de contrainte sur des stimuli externes tels que la compression, le pincement, l’étalement et la torsion.
La peau multimodale ion-électronique, qui peut être librement étirée ou modifiée mais peut également détecter la température, devrait être applicable dans des capteurs de température portables ou dans des peaux de robot pour des robots de type humain.
«Lorsqu’un index touche une peau électronique, la peau électronique détecte le contact comme un changement de température, et lorsqu’un doigt pousse la peau, la partie arrière de la zone de contact s’étire et la reconnaît comme un mouvement», a expliqué le Dr Insang You de POSTECH qui est le premier auteur de l’article. “Je soupçonne que ce mécanisme est l’un des moyens par lesquels la peau humaine réelle reconnaît différents stimuli comme la température et le mouvement.”
«Cette étude est la première étape pour ouvrir la porte à une recherche multimodale électronique de la peau utilisant des électrolytes», ont fait remarquer le professeur Unyong Jeong de POSTECH et l’auteur correspondant. “Le but ultime de cette recherche est de créer une peau artificielle électronique ionique qui simule les récepteurs tactiles humains et les neurotransmetteurs, ce qui aidera à restaurer le sens du toucher chez les patients qui ont perdu leur sensation tactile en raison de maladies ou d’accidents.”
