Grâce à un organe spécial sur leurs museaux, les vipères à fosse (de la famille des crotales) peuvent sentir la chaleur du corps de leur proie. Les scientifiques de Caltech et de l’ETH Zurich ont développé une peau artificielle qui utilise un mécanisme similaire et pourrait permettre aux prothèses des membres de détecter les changements de température, ou de faire un bandage intelligent qui peut avertir de l’infection.
L’organe de fosse d’un crotale contient une membrane sensible qui peut réagir à la chaleur d’un animal jusqu’à 1 m de distance. Lorsque la membrane se réchauffe, elle ouvre un canal ionique qui permet aux ions calcium de s’écouler, et les nerfs de la vipère les prennent comme des signaux électriques qui avertissent l’animal de la présence de proies. Le nouveau matériau utilise un mécanisme similaire pour détecter de très faibles variations de température.
Dans ce cas, la membrane est une pellicule souple et transparente d’une épaisseur de seulement 20 micromètres, constituée d’eau et de pectine, molécule couramment trouvée dans les parois cellulaires des plantes. Comme l’organe à fosse, une augmentation de la température provoque une augmentation de l’écoulement des ions calcium, mais ici ceci est dû à la chaleur décomposant les faibles liens moléculaires de la pectine.
En utilisant un multimètre accroché à des électrodes intégrées dans le film, les chercheurs ont détecté une réponse électrique aux changements de température. Cet effet résulte de la diminution de la résistance électrique du matériau, grâce au plus grand nombre d’ions calcium chargés positivement qui le traversent, ou à leur mobilité augmentant, voire probablement, les deux.
Ce n’est pas la première peau artificielle à se vanter de la capacité de détecter les fluctuations de température. La caractéristique était juste un point sur la liste de la Paper Skin de KAUST l’année dernière. Mais selon les chercheurs, le film de pectine est beaucoup plus précis, capable de détecter des variations de chaleur d’un ordre de grandeur plus petit que les dispositifs existants, et il a un rapport entrée-sortie qui est de deux ordres de magnitude meilleurs que d’autres. La peau électronique peut actuellement fonctionner sur une plage de température comprise entre environ 5º et 50º C.
La nouvelle peau, greffée sur des prothèses, pourrait aider à alerter un porteur de la chaleur potentiellement dommageable, de manière plus efficace que les prototypes existants qui ont des capteurs de chaleur dans le membre lui-même. Elle pourrait également conduire à créer des pansements intelligents qui détectent les changements dans la chaleur du corps, ce qui peut être un signe d’une infection se développant dans une plaie. Pour couronner le tout, la pectine n’est pas exactement chère, ni difficile à trouver.
«La pectine est largement utilisée dans l’industrie alimentaire comme agent gélifiant, c’est ce que vous utilisez pour fabriquer de la confiture», explique Chiara Daraio, chercheuse principale du projet. « Il est donc facile d’obtenir et aussi très bon marché. »
Mais pour que la peau artificielle sensible à la chaleur atteigne son plein potentiel, l’équipe veut atteindre sa température maximale de fonctionnement jusqu’à 90º C. Cela augmenterait sa fonctionnalité pour une utilisation pour des peaux de robots et en tant que capteurs thermiques pour des dispositifs grand public. Mais avant cela, il faudra repenser le processus de fabrication – qui conduit actuellement à l’eau.
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2017-01/ciot-eca012717.php
http://www.caltech.edu/news/research
