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Au cours de la dernière décennie, les recherches concernant les prothèses bioniques ont permis de mettre au point des systèmes prosthétiques reproduisant des sensations comme la pression ou la chaleur. Cependant, les sensations humaines recouvrent un éventail bien plus large de stimulus, au nombre desquels la douleur. Une équipe de chercheurs a ainsi développé une peau électronique qui pourrait permettre aux porteurs de prothèses, ainsi qu’aux robots, de ressentir bien plus de stimulus tactiles et d’expérimenter la douleur.

La technologie prothétique a fait d’énormes progrès au cours de la dernière décennie, mais simuler avec précision des sensations semblables à celles que l’on ressent quotidiennement est une tâche difficile. La nouvelle technologie de « peau électronique » mise au point à l’Institut des sciences et de la technologie de Daegu Gyeongbuk (DGIST) pourrait aider à reproduire les sensations de « douleur » et permettre aux robots de comprendre des réactions tactiles, telles que la sensation de piqûre ou la chaleur sur la peau.

Essayer de recréer les sens humains a été un puissant moteur de motivation pour les chercheurs. L’imitation des processus tactiles a été au centre des préoccupations de plusieurs groupes de recherche au cours des dernières années, mais les progrès réalisés ont principalement permis d’améliorer la sensation de pression et de force des prothèses. Les sensations humaines peuvent toutefois détecter des signaux beaucoup plus subtils.

Une peau électronique capable de reproduire artificiellement la douleur

Les chercheurs de la DGIST, dirigés par le professeur Jae Eun Jang du Département d’Ingénierie de l’information et de la communication, devaient réunir des experts de différents domaines pour commencer la tâche ardue consistant à reproduire ces sensations plus complexes dans leur prototype de peau électronique, en travaillant avec des collègues du Robotics and Brain du DGIST. Le prototype est décrit dans la revue Soft Robotics.

« Nous avons développé une technologie de base capable de détecter efficacement la douleur, ce qui est nécessaire pour développer un futur capteur tactile. En tant que réalisation de la recherche de convergence par des experts en nanotechnologie, ingénierie électronique, ingénierie robotique et sciences du cerveau, elle sera largement utilisée pour mettre au point une peau électronique qui ressent différents sens ainsi que de nouvelles interactions homme-machine » explique Jang.

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dispositif peau electronique

Schéma décrivant le fonctionnement de la peau électronique permettant de reproduire artificiellement la douleur. Crédits : DGIST

L’effort de l’équipe du DGIST a permis de mettre au point une technologie de capteur plus efficace, capable de détecter simultanément la pression et la chaleur. Ils ont également mis au point un système de traitement du signal qui ajuste les réponses à la douleur en fonction de la pression, de la zone et de la température.

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Une technologie optimisée pour la détection précise des stimulus

La peau électronique a également nécessité des avancées en science des matériaux : la technologie est basée sur un nanofil d’oxyde de zinc. Ce nanofil est doté de deux propriétés physiques particulières qui le rende efficace pour reproduire la sensation humaine :

  • L’effet piézoélectrique : le nano-fil est piézoélectrique, ce qui signifie qu’il génère une charge électrique en réponse à une contrainte mécanique. Ainsi, le capteur est auto-alimenté et permet d’estimer la pression en fonction de la charge produite.
  • L’effet Seebeck : un changement électrique distinct se produit lorsqu’un gradient de température se forme dans le nanofil, permettant de mesurer la chaleur.

« Si les robots peuvent aussi ressentir de la douleur, nos recherches iront plus loin dans le domaine de la technologie pour contrôler la tendance agressive des robots, qui est l’un des facteurs de risque du développement de l’IA » explique Jang. Des robots capables de ressentir la douleur reste un concept futuriste, mais le travail de Jang montre que les progrès de la robotique dans le monde réel rattrapent la science-fiction.

Sources : Soft Robotics

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