Une nouvelle peau électronique gère la transpiration grâce à la gravure de pores en forme d’haltères sur ses multiples couches fonctionnelles.
Les films minces et portables dotés de capteurs discrets promettent de changer la donne en matière de surveillance de la santé, avec la possibilité de tout suivre, des niveaux de vitamine C à la glycémie, en passant par les signes de troubles cardiovasculaires. Une nouvelle conception de ces « peaux électroniques » remédie à l’une de leurs principales lacunes jusqu’à présent, en s’inspirant des pores de la peau humaine pour empêcher l’accumulation d’humidité susceptible de compromettre leurs performances.
Dirigés par des ingénieurs en mécanique du MIT, les scientifiques ont entrepris de résoudre l’un des problèmes auxquels se heurtent les peaux électroniques jusqu’à présent. Beaucoup d’entre elles sont faites de matériaux à base de polymères qui ne sont pas très respirants, tandis que d’autres utilisent des matériaux tels que des fibres tissées qui laissent passer l’air mais pas l’humidité. La peau électronique peut donc se décoller au bout d’un certain temps, ou bien les capteurs qu’elle contient fonctionnent mal ou sont incapables de capter un signal clair.
« La sueur peut s’accumuler entre la peau électronique et votre peau, ce qui pourrait endommager la peau et provoquer un dysfonctionnement des capteurs », explique Jeehwan Kim, professeur associé d’ingénierie mécanique au MIT. « Nous avons donc essayé de résoudre ces deux problèmes en même temps, en permettant à la sueur de s’infiltrer dans la peau électronique. »
Pour ce faire, l’équipe s’est tournée vers la peau humaine réelle pour s’en inspirer. Grâce à leurs investigations, l’équipe a identifié quelques caractéristiques utiles, comme le diamètre moyen de chaque pore qui est d’environ 100 microns, et que les pores sont répartis de manière aléatoire sur la peau. Ils ont ensuite utilisé des simulations pour explorer comment des pores artificiels pourraient être posés par-dessus sans bloquer la fonction des pores naturels.
« Notre idée simple est la suivante : si nous fournissons des canaux de transpiration artificiels dans la peau électronique et que nous créons des voies hautement perméables pour la sueur, nous pourrions parvenir à une surveillance à long terme », explique Hanwool Yeon, post-doctorant au MIT.
Après quelques expérimentations, l’équipe est parvenue à concevoir une peau électronique qui semble offrir ce type de fonctionnalité. Elle se compose de films semi-conducteurs flexibles empilés les uns sur les autres pour former des capteurs ultrafins, chaque couche portant de minuscules pores très rapprochés les uns des autres pour permettre le passage de la sueur. Pour augmenter la résistance et la flexibilité du film, l’équipe a découpé de minuscules canaux en forme d’haltères entre les pores, un motif inspiré de l’art du papier kirigami.
Schéma d’une peau électronique nouvellement développée avec des pores en forme d’haltères.
« Si vous enroulez une feuille de papier sur une boule, elle n’est pas conformable », explique Jeehwan Kim. « Mais si vous découpez un motif de kirigami dans le papier, il peut se conformer. Nous nous sommes donc demandé pourquoi ne pas relier les trous par une découpe, afin d’obtenir une conformabilité de type kirigami sur la peau. En même temps, nous pouvons faire pénétrer la sueur. »
La peau électronique de l’équipe était équipée de capteurs permettant de surveiller la température, l’hydratation, l’exposition aux UV et le pouls, et a réussi à le faire lorsqu’elle a été collée en continu sur le poignet et le front d’un participant pendant une semaine. La peau a permis de recueillir des mesures fiables, même lors d’activités qui font transpirer, comme la course sur tapis roulant pendant 30 minutes et la consommation d’un repas épicé.
« Avec ce patch cutané conformable et respirant, il n’y aura pas d’accumulation de sueur, d’informations erronées ou de détachement de la peau », précise Jeehwan Kim. « Nous pouvons fournir des capteurs portables capables d’effectuer une surveillance constante à long terme ».
Malgré ces premiers résultats prometteurs, l’équipe voit encore de nombreuses possibilités d’amélioration. Ils aimeraient rendre la peau plus forte et plus durable afin qu’elle puisse survivre aux activités quotidiennes comme la douche sans avoir besoin d’être protégée par du ruban adhésif, par exemple.
https://advances.sciencemag.org/content/7/27/eabg8459
https://news.mit.edu/2021/smart-skin-vitals-0630
