Y. Li et al., 2023
Le bout du doigt humain est un instrument extrêmement sensible pour percevoir les objets de notre environnement via le sens du toucher. Une équipe de scientifiques chinois a imité le mécanisme de perception sous-jacent pour créer un doigt bionique avec un système de rétroaction tactile intégré capable de piquer des objets complexes pour cartographier les détails sous la couche de surface, selon un article récent publié dans la revue Cell Reports Physical Science .
« Nous avons été inspirés par les doigts humains, qui ont la perception tactile la plus sensible que nous connaissions », a déclaré le co-auteur Jianyi Luo de l’Université Wuyi. « Par exemple, lorsque nous touchons notre propre corps avec nos doigts, nous pouvons sentir non seulement la texture de notre peau, mais aussi le contour de l’os en dessous. Cette technologie tactile ouvre une voie non optique pour les tests non destructifs du corps humain et de l’électronique flexible. »
Selon les auteurs, les capteurs tactiles artificiels développés précédemment ne pouvaient que reconnaître et faire la distinction entre les formes externes, les textures de surface et la dureté. Mais ils ne sont pas capables de détecter des informations souterraines sur ces matériaux. Cela nécessite généralement des technologies optiques, telles que la tomodensitométrie, la TEP, la tomographie par ultrasons (qui scanne l’extérieur d’un matériau pour reconstruire une image de sa structure interne) ou l’IRM, par exemple. Mais toutes ces méthodes ont aussi des inconvénients. De même, la profilométrie optique est souvent utilisée pour mesurer le profil et la finition de la surface, mais elle ne fonctionne que sur des matériaux transparents.
Lorsque nous touchons quelque chose avec nos doigts, la peau subit une déformation mécanique telle qu’une compression ou un étirement, ce qui déclenche l’envoi d’impulsions électriques par des mécanorécepteurs. Ces impulsions voyagent à travers le système nerveux central jusqu’au cortex somatosensoriel du cerveau. Le cerveau intègre ces impulsions électriques pour identifier les caractéristiques de l’objet que nous touchons. Ce retour tactile nous permet de reconnaître la forme, la texture de surface, la rigidité ou la douceur d’un matériau.
Le doigt bionique imageant une lettre A rigide recouverte de silicone souple. Crédit : Y. Li et al., 2023
Le doigt bionique intelligent imite ce système de rétroaction. Un cylindre métallique monté sur le dessus du doigt sert de pointe de contact, tandis que des poutres en fibre de carbone servent de mécanorécepteurs tactiles (l’unité de détection). Ceux-ci sont connectés à un module de traitement du signal. Le doigt « balaie » la surface de l’objet cible en appliquant périodiquement une pression, semblable à un coup de poing ou à un aiguillon. Cela comprime les fibres de carbone et le degré de compression du matériau transmet des informations sur sa rigidité ou sa douceur relative. Ces informations, ainsi que l’endroit où elles ont été enregistrées sur la surface, sont ensuite envoyées à un ordinateur, qui traduit les données en une carte 3D.
Les auteurs ont mis leur doigt bionique à l’épreuve en utilisant différents objets complexes. Par exemple, ils ont testé la capacité du doigt à détecter et tracer une lettre « A » rigide juste sous une couche de silicone souple (voir la vidéo ci-dessus), ainsi que d’autres formes abstraites. Les doigts pourraient même faire la différence entre les matériaux internes rigides et souples et le revêtement extérieur en silicone souple.
Ils ont également créé un modèle physique imprimé en 3D pour les tissus humains à partir de trois couches de polymère dur (pour le « squelette ») et d’une couche externe en silicone souple (pour les « muscles »). Le doigt bionique a scanné et reproduit avec succès un profil 3D de la structure du tissu modèle, y compris l’emplacement d’un « vaisseau sanguin » situé sous la couche « musculaire ».
Enfin, les auteurs ont testé le doigt bionique sur un appareil électronique défectueux, créant avec succès une carte des composants internes. Le doigt pouvait localiser l’endroit où le circuit avait été déconnecté et identifier un trou qui avait été mal percé sans percer la couche externe environnante. « Ensuite, nous voulons développer la capacité du doigt bionique pour la détection omnidirectionnelle avec différents matériaux de surface », a déclaré Luo.
DOI : Cell Reports Physical Science, 2023. 10.1016/j.xcrp.2023.101257 (À propos des DOI).