Une peau artificielle aussi sensible au toucher que la peau humaine

Reproduire le sens du toucher est une chose bien complexe. Pourtant, une peau artificielle capable de sensibilité aussi élevée que notre propre peau vient d'être mise au point. Elle repose sur la piézoélectricité. L'objectif, à terme, est d'équiper les prothèses robotisées.Reproduire le sens du toucher est une chose bien complexe. Pourtant, une peau artificielle capable de sensibilité aussi élevée que notre propre peau vient d'être mise au point. Elle repose sur la piézoélectricité. L'objectif, à terme, est d'équiper les prothèses robotisées.Des scientifiques viennent de créer une peau artificielle capable d'un sens du toucher aussi développé que la peau humaine. La main humaine est un outil assez exceptionnel. Elle nous aide à fabriquer des outils de plus en plus complexes, mais elle est surtout dotée d'une sensibilité au toucher très précise. Elle dispose de récepteurs nous permettant de juger précisément à quel point il faut la fermer pour serrer un objet sans risquer de l'abîmer. Et cette performance est très difficile à réaliser en laboratoire.Jusqu'à présent, on y arrivait partiellement. En mesurant la résistance induite par un transistor d'un circuit imprimé soumis à une contrainte mécanique, on générait un courant électrique d'une certaine intensité. Mais des scientifiques du Georgia Institute of Technology annoncent dans la revue Science avoir modernisé ce modèle, en se basant sur les phénomènes piézoélectriques.Wenzhuo Wu, l'un des chercheurs derrière cette peau artificielle sensible au toucher, examine le fruit de son travail, capable de traduire l'énergie mécanique en signal électrique.La piézoélectricité qui rend la peau sensibleLe principe de la piézoélectricité est le suivant : certains matériaux, comme l'oxyde de zinc, se polarisent d'eux-mêmes dès qu'ils sont soumis à une contrainte mécanique. Ainsi, la peau artificielle décrite se compose de nanofils de 500 à 600 nm de diamètre en oxyde de zinc. En réponse à une charge mécanique, ces nanofils génèrent un courant électrique qui est capté par l'un des transistors du circuit imprimé flexible.En retour, les nanofils convertissent l'information en signaux électriques, de manière à reproduire une sensation de toucher à un degré de précision jugé 15 fois plus élevé que ce qui était fait auparavant.Ainsi, les auteurs seraient parvenus à une résolution inférieure à 100 ?m et la peau artificielle créée détecterait des changements de pression de l'ordre de 10 kilopascals, égalant alors les propriétés de la peau humaine.Autre point fort : sa capacité de détection ne diminuerait pas à l'usage. Les performances sont restées les mêmes après que les circuits ont été plongés 24 heures dans l'eau distillée ou salée.Cette peau artificielle pourrait alors équiper des prothèses humaines afin de redonner une sensibilité tactile aux personnes amputées, ou recouvrir les mains ou les doigts d'un robot pour lui conférer une meilleure dextérité.Les neurones de la peau capables de... calculsDes neurones périphériques de la peau peuvent fournir des informations complexes sur la forme géométrique d'un objet. Ceci nécessite d'effectuer des calculs comme le feraient des neurones situés dans le cerveau.Au niveau de la peau se trouvent des terminaisons nerveuses qui récoltent des informations sensorielles sur le toucher : ces terminaisons appartiennent aux neurones de premier ordre du système tactile, dont les corps cellulaires sont localisés dans les ganglions de la racine dorsale de la moelle épinière. Ces neurones périphériques peuvent capter des signaux provenant de nombreuses zones sensibles de la peau.Pendant longtemps, on a pensé que ces neurones envoyaient simplement des informations brutes qui ensuite étaient traitées par le cerveau, seul capable d'extraire des données sur la géométrie des objets touchés. Et si l'extraction de ces données géométriques complexes commençait bien plus tôt dans ce circuit 'Des chercheurs de l'université d'Umeå, en Suède, se sont intéressés à des neurones tactiles de premier ordre qui innervent les corpuscules de Meissner et les disques de Merkel du bout des doigts. Ces neurones reçoivent des informations de nombreuses zones sensibles de la peau. Cette étude paraît dans la revue Nature Neuroscience.Les neurones périphériques traitent des informations géométriquesPour étudier le traitement de l'information dans ces neurones tactiles de premier ordre, les chercheurs ont enregistré les potentiels d'action des neurones. Il est alors apparu que ces neurones tactiles de premier ordre ne se contenteraient pas d'envoyer des signaux au cerveau sur le fait qu'un objet touche la peau.En plus, ils traiteraient des données géométriques sur l'objet touché. Pour faire cela, ces neurones doivent effectuer le même type de calculs que réalisent des neurones du cortex cérébral.Deux types de neurones tactiles de premier ordre semblent transmettre des informations sur l'orientation des objets, et ce en modulant l'intensité et la structure temporelle de leur réponse. Jusqu'à présent, on pensait que cette capacité de traitement des informations spatiales était dévolue uniquement au cortex somatosensoriel...Dans le cas de la vision, on pourrait observer un mécanisme similaire : des neurones périphériques pourraient être capables de traiter des informations géométriques sur les objets vus.Des scientifiques viennent de créer une peau artificielle capable d'un sens du toucher aussi développé que la peau humaine. La main humaine est un outil assez exceptionnel. Elle nous aide à fabriquer des outils de plus en plus complexes, mais elle est surtout dotée d'une sensibilité au toucher très précise. Elle dispose de récepteurs nous permettant de juger précisément à quel point il faut la fermer pour serrer un objet sans risquer de l'abîmer. Et cette performance est très difficile à réaliser en laboratoire.Jusqu'à présent, on y arrivait partiellement. En mesurant la résistance induite par un transistor d'un circuit imprimé soumis à une contrainte mécanique, on générait un courant électrique d'une certaine intensité. Mais des scientifiques du Georgia Institute of Technology annoncent dans la revue Science avoir modernisé ce modèle, en se basant sur les phénomènes piézoélectriques.Wenzhuo Wu, l'un des chercheurs derrière cette peau artificielle sensible au toucher, examine le fruit de son travail, capable de traduire l'énergie mécanique en signal électrique.La piézoélectricité qui rend la peau sensibleLe principe de la piézoélectricité est le suivant : certains matériaux, comme l'oxyde de zinc, se polarisent d'eux-mêmes dès qu'ils sont soumis à une contrainte mécanique. Ainsi, la peau artificielle décrite se compose de nanofils de 500 à 600 nm de diamètre en oxyde de zinc. En réponse à une charge mécanique, ces nanofils génèrent un courant électrique qui est capté par l'un des transistors du circuit imprimé flexible.En retour, les nanofils convertissent l'information en signaux électriques, de manière à reproduire une sensation de toucher à un degré de précision jugé 15 fois plus élevé que ce qui était fait auparavant.Ainsi, les auteurs seraient parvenus à une résolution inférieure à 100 ?m et la peau artificielle créée détecterait des changements de pression de l'ordre de 10 kilopascals, égalant alors les propriétés de la peau humaine.Autre point fort : sa capacité de détection ne diminuerait pas à l'usage. Les performances sont restées les mêmes après que les circuits ont été plongés 24 heures dans l'eau distillée ou salée.Cette peau artificielle pourrait alors équiper des prothèses humaines afin de redonner une sensibilité tactile aux personnes amputées, ou recouvrir les mains ou les doigts d'un robot pour lui conférer une meilleure dextérité.Les neurones de la peau capables de... calculsDes neurones périphériques de la peau peuvent fournir des informations complexes sur la forme géométrique d'un objet. Ceci nécessite d'effectuer des calculs comme le feraient des neurones situés dans le cerveau.Au niveau de la peau se trouvent des terminaisons nerveuses qui récoltent des informations sensorielles sur le toucher : ces terminaisons appartiennent aux neurones de premier ordre du système tactile, dont les corps cellulaires sont localisés dans les ganglions de la racine dorsale de la moelle épinière. Ces neurones périphériques peuvent capter des signaux provenant de nombreuses zones sensibles de la peau.Pendant longtemps, on a pensé que ces neurones envoyaient simplement des informations brutes qui ensuite étaient traitées par le cerveau, seul capable d'extraire des données sur la géométrie des objets touchés. Et si l'extraction de ces données géométriques complexes commençait bien plus tôt dans ce circuit 'Des chercheurs de l'université d'Umeå, en Suède, se sont intéressés à des neurones tactiles de premier ordre qui innervent les corpuscules de Meissner et les disques de Merkel du bout des doigts. Ces neurones reçoivent des informations de nombreuses zones sensibles de la peau. Cette étude paraît dans la revue Nature Neuroscience.Les neurones périphériques traitent des informations géométriquesPour étudier le traitement de l'information dans ces neurones tactiles de premier ordre, les chercheurs ont enregistré les potentiels d'action des neurones. Il est alors apparu que ces neurones tactiles de premier ordre ne se contenteraient pas d'envoyer des signaux au cerveau sur le fait qu'un objet touche la peau.En plus, ils traiteraient des données géométriques sur l'objet touché. Pour faire cela, ces neurones doivent effectuer le même type de calculs que réalisent des neurones du cortex cérébral.Deux types de neurones tactiles de premier ordre semblent transmettre des informations sur l'orientation des objets, et ce en modulant l'intensité et la structure temporelle de leur réponse. Jusqu'à présent, on pensait que cette capacité de traitement des informations spatiales était dévolue uniquement au cortex somatosensoriel...Dans le cas de la vision, on pourrait observer un mécanisme similaire : des neurones périphériques pourraient être capables de traiter des informations géométriques sur les objets vus.