La première peau électronique 3D au monde donne aux robots un sens du toucher imitant celui de l'homme.

Les chercheurs assurent qu'elle peut décoder la pression, la friction et la tension en temps réel

Des scientifiques chinois ont développé une peau électronique architecturée en trois dimensions (3D) qui promet de révolutionner la façon dont les robots interagissent avec leur environnement. Cette innovation, qui permet de décoder la pression, le frottement et la déformation en temps réel, ouvre de nouvelles perspectives pour les applications médicales et la robotique humanoïde.

Conçue à l’Université Tsinghua sous la direction du professeur Zhang Yihui, cette peau électronique est capable de détecter trois signaux mécaniques : la pression, le frottement et la déformation. Elle imite les fonctions sensorielles de la peau humaine, permettant ainsi une perception externe précise. Le professeur Zhang explique que cette peau électronique peut être installée sur les extrémités des robots médicaux pour un diagnostic et un traitement précoces, ou appliquée comme un pansement sur la peau humaine pour surveiller en temps réel des données de santé telles que l’oxygène sanguin et le rythme cardiaque.

La peau électronique « possède un grand nombre de cellules réceptrices tactiles qui sont densément disposées et ont une distribution spatiale tridimensionnelle, ce qui permet de percevoir avec précision les stimuli externes », a-t-il ajouté.

Le décodage simultané des signaux de pression, de friction et de déformation a constitué un défi important dans le développement de cette technologie. La nouvelle peau électronique surmonte cet obstacle grâce à une structure imitant la peau humaine, comprenant l'épiderme, le derme et le tissu sous-cutané.


La peau électronique est-elle la première du genre ?

Des peaux électroniques ont déjà été mises au point. L'une d'entre elles, notamment, a été mise au point par des scientifiques de Stanford l'année dernière. Elle est capable de communiquer directement avec le cerveau et d'imiter les réactions sensorielles de la peau réelle. « Nous nous sommes inspirés du système naturel et avons voulu l'imiter. Peut-être pourrons-nous un jour aider les patients à restaurer non seulement leur fonction motrice, mais aussi leurs sensations », a déclaré Weichen Wang, de l'université de Stanford, à Tech Xplore.

La peau électronique pourrait également être utilisée pour habiller les robots afin qu'ils ressentent les mêmes sensations que les humains. Cela est essentiel pour la sécurité des industries où les robots et les humains ont des interactions physiques, comme le passage d'outils dans un atelier de fabrication.

Mais la sensation du toucher est complexe. La peau humaine possède des millions de récepteurs qui perçoivent les piqûres, les pressions, les écrasements ou les brûlures. Ils réagissent en envoyant des impulsions électriques au cerveau, par l'intermédiaire des nerfs. Le cerveau réagit en renvoyant des informations aux muscles pour qu'ils bougent.

La peau biologique est souple et peut s'étirer, de manière répétée, pendant plusieurs décennies.

L'équipe de Stanford, dirigée par Zhenan Bao, professeur de génie chimique, travaille depuis plusieurs années à la conception d'une peau électronique. Mais une première tentative utilisait des composants électroniques rigides et une puissance de 30 volts, ce qui nécessite 10 piles et n'est pas sans danger. De plus, il n'était pas possible de l'étirer en permanence sans qu'elle perde ses propriétés électriques.

« L'obstacle n'était pas tant de trouver des mécanismes pour imiter les remarquables capacités sensorielles du toucher humain que de les réunir en utilisant uniquement des matériaux ressemblant à de la peau », a déclaré Bao dans un communiqué.

La peau électronique développée par l'équipe de Stanford l'année dernière est innovante parce qu'elle utilise des couches en réseau de transistors organiques extensibles qui perçoivent et transmettent des signaux électriques. Lorsqu'elles sont prises en sandwich, les couches n'ont qu'une épaisseur de 25 à 50 microns, aussi fine qu'une feuille de papier, semblable à celle de la peau.


L'équipe du professeur Zhang souligne toutefois que son innovation va plus loin

Elle pourrait même imiter les réactions sensorielles de la vraie peau. L'équipe note que lorsqu'une peau électronique touche un objet externe, plusieurs capteurs fonctionnent ensemble.

Les signaux recueillis par les capteurs subissent une série de transmissions et d'extractions et sont ensuite combinés avec des algorithmes d'apprentissage en profondeur. Ce processus permet à la peau électronique de détecter avec précision la douceur, la dureté et la forme des objets.

La technologie qui en résulte permet de mesurer rapidement les coefficients de frottement et les modules d'objets de formes diverses. Elle a des applications potentielles dans divers domaines, notamment l'évaluation de la fraîcheur, les diagnostics biomédicaux, la robotique humanoïde et les systèmes prothétiques.

Zhang a mené cette étude en collaboration avec ses collègues du laboratoire de mécanique appliquée, du département d'ingénierie mécanique et du laboratoire de technologie électronique flexible de l'université de Tsinghua.

« L'e-peau pourrait être intégrée au bout des doigts des robots médicaux pour des diagnostics et des interventions précoces et précis », a déclaré M. Zhang à Xinhua.

« Elle peut également être utilisée comme un pansement pour offrir une surveillance en temps réel des paramètres de santé vitaux, y compris la saturation en oxygène du sang et la fréquence cardiaque. »

Source : Xinhua

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