Restaurer le sens du toucher : les progrès de la technologie de la peau artificielle

Dieu et Adam, Dieu et Adam, touchez la connexion

Ce qui suit est la première partie d'une série sur l'intégration cerveau-machine et les solutions biomécaniques pour restaurer la fonction des tissus endommagés par la maladie, un traumatisme ou le temps.

Les chercheurs ont développé une technologie haptique au cours des dernières années pour recréer la sensation tactile en appliquant des forces à un utilisateur. L'haptique a été mise en œuvre dans la réalité virtuelle, la télérobotique, les simulations informatiques, etc.

Les progrès récents de la technologie de la peau artificielle peuvent amener la technologie haptique à un nouveau niveau, permettant aux personnes ayant des membres prothétiques de ressentir à nouveau la sensation tactile. La peau est le plus grand organe du corps. Il protège nos organes les plus vulnérables contre les agents pathogènes, les débris, les radiations et autres dommages. Son autre rôle, cependant, est beaucoup plus compliqué.

La sensation tactile résulte d'un réseau de neutrons intégrés dans la peau qui relaient les signaux des points les plus externes de notre corps vers notre système nerveux central. Lorsque vous touchez le téléphone, la tablette ou l'ordinateur devant vous, la sensation du toucher est une série de signaux électriques envoyés au cerveau. Lorsque cette connexion est rompue, comme dans le cas de blessures à la colonne vertébrale ou de la perte d'un membre, la sensation tactile est perdue.

Cependant, cette perte peut ne plus être permanente. Les chercheurs Wang et al. a récemment dévoilé une technologie e-skin avancée qui permet un retour sensoriel détaillé et une interaction douce avec notre environnement. La peau électronique est douce, imitant les caractéristiques physiques de la peau humaine, et peut être codée pour détecter le toucher, les changements de température et la pression, tous renvoyés au cerveau par des réseaux de neurones artificiels. Essentiellement, ils ont créé une peau artificielle qui pourrait redonner le cinquième sens à ceux qui l'ont perdu.

Pour la plupart, les systèmes électroniques restent rigides et rigides. Ces dernières années ont vu l'avènement de matériaux électroniques plus flexibles, tels que la fabrication de dispositifs souples, qui permettent de construire quelque chose comme une peau électronique. Un problème qui subsistait pour Wang et al. était que même les meilleurs matériaux électroniques souples étaient encore à haute tension (30 à 100 V). Un accessoire portable avec une tension aussi élevée présente un risque important pour le porteur.

Pour surmonter le problème de la haute tension, les chercheurs ont développé un isolant tricouche à ajouter à l'e-skin. L'isolant est lisse et fin, ce qui permet à l'e-skin de rester facilement portable et flexible.

La difficulté la plus importante avec e-skin est la détection du contact avec un objet externe, mais plutôt l'interprétation par le cerveau du sens et de la réaction à celui-ci. Lorsque vous touchez quelque chose de brûlant, votre cerveau détecte immédiatement un danger et vous reculez inconsciemment instantanément. C'est la rétroaction sensorielle. Le réseau neuronal reliant votre peau à votre cerveau permet une réponse rapide au toucher, plus rapide que ce que nous pouvons consciemment penser. Avec la peau artificielle, le mécanisme de rétroaction sensorielle doit être reconstruit.

Lorsque vous touchez quelque chose, des signaux analogiques sont codés en signaux électriques et transmis au cerveau par les nerfs. Pour l'e-skin, les chercheurs ont construit un réseau de transistors synaptiques à semi-conducteurs pour transporter les signaux électriques.

Wang et al. ont développé un système en boucle fermée reliant la peau électronique au cortex somatosensoriel dans un modèle de rat vivant. Le cortex somatosensoriel est situé à proximité du cortex moteur, ce qui contribue à la vitesse à laquelle nos réponses motrices peuvent être si rapides. Des expériences in vivo ont montré une pression sur la peau électronique entraînant une activation significative du cortex somatosensoriel et, à son tour, une activation musculaire considérable chez le rat.

Après une série importante de tests sur les animaux et les humains pour la sécurité et l'efficacité, la technologie e-skin de Wang et al. pourrait être utilisée dans diverses applications. D'abord et avant tout, de manière régénérative, il pourrait restaurer la sensation tactile aux près de deux millions d'amputés rien qu'aux États-Unis, ainsi qu'à tous ceux qui souffrent de maladies ou de conditions préexistantes affectant la sensation tactile.

De plus, e-skin pourrait être utilisé industriellement, que ce soit en l'appliquant à des machines à commande humaine pour mieux équiper l'opérateur ou même à des robots pour recevoir des données afin de mieux conduire leur fonctionnement.

Bien que cette technologie soit à au moins des années d'une commercialisation généralisée, avec le développement rapide de la robotique, de l'intelligence artificielle et d'autres améliorations régénératives importantes, nous verrons bientôt une prolifération de ces avancées et d'avancées similaires.