Des tatouages électroniques ornés de lumières clignotantes et de circuits sophistiqués, c’est l’essence de la science fiction cyberpunk. Ils surveillent nos signes vitaux et ils nous fournissent des conseils de santé personnalisés en temps réel. Ils connectent notre biologie au Web et mettent l’Internet des objets à portée de main. Ils vont améliorer nos cinq sens, et peut-être même nous en donner de nouveaux.

Ce type d’augmentation humaine est décrit dans Circuits, le premier épisode de Glimpse, une nouvelle série de science-fiction originale de Futurism Studios et de DUST. Regardez le premier épisode ci-dessous.

Grâce aux récents développements dans le domaine des matériaux avancés et de l’ingénierie biomédicale, l’électronique portable est à la portée de tous. Nous avons déjà des matériaux biocompatibles qui permettent à l’électronique de fusionner de manière transparente avec le corps. Nous avons déjà développé des e-tatouages capables de contrôler un smartphone.

Maintenant, il s’agit simplement d’affiner et d’améliorer ces technologies.

En avril, Michael McAlpine, professeur de génie mécanique à l’Université du Minnesota, a publié une étude dans la revue Advanced Materials dans laquelle il a démontré une manière d’imprimer l’électronique directement sur la peau. L’appareil – bon marché, accessible et compact – offre déjà des applications révolutionnaires pour l’armée et la médecine. À l’avenir, cela pourrait complètement changer la façon dont nous interagissons avec le monde qui nous entoure.

Futurisme s’est récemment entretenu avec Alpine au sujet de ses recherches et de l’avenir de l’électronique imprimable et des e-tatouages.

Futurisme : je veux commencer par parler de la technologie d’impression 3D au centre de cette étude. Qu’est-ce qui est si spécial ?

Michael McAlpine : Dans l’ensemble, notre groupe de recherche développe des imprimantes capables d’imprimer au-delà des plastiques durs utilisés par la plupart des imprimantes 3D. Le plastique dur a une valeur limitée. Peu de gens achètent ces imprimantes, car personne chez eux n’a vraiment besoin d’imprimer des objets en plastique dur. Nous étendons donc les capacités de l’impression 3D au-delà du plastique dur et à ce que nous appelons des «matériaux fonctionnels». Cela signifie imprimer des supports pratiques – matériaux électroniques, polymères mous et même des matériaux biologiques comme les cellules – sur une seule et même plate-forme.

Nous intégrons également l’analyse et la vision par ordinateur dans l’impression 3D. La numérisation 3D nous permet de scanner la surface imprimée, comme un organe ou un nerf. Cela nous permet d’imprimer des dispositifs biomédicaux anatomiquement spécifiques. La vision par ordinateur nous permet d’imprimer sur des surfaces en mouvement, comme une main. Dans cette étude, nous avons imprimé un appareil électronique directement sur la peau. Cela n’a jamais été fait auparavant. L’imprimante compense à la fois la topologie de la main et le mouvement de la main. Vous disposez donc de la multifonctionnalité, vous avez un suivi, vous avez des surfaces complexes et vous avez une correspondance de dispositif anatomiquement précise. C’est ce qui le rend unique.

F: L’étude mentionne spécifiquement les applications militaires de cette technologie. Parlez-nous en plus.

MM: L’idée clé que nous avons eue en parlant aux militaires était qu’ils étaient intéressés par ce concept appelé «autonomie», c’est-à-dire les systèmes détachés de la grille, mais qui ont toujours une sorte de fonctionnalité. Dans ce cas particulier, vous pouvez imaginer l’outil d’impression 3D comme un couteau suisse pour sa fonctionnalité. Un soldat peut le transporter dans son sac à dos, le sortir sur le terrain et imprimer tout type d’appareil en utilisant uniquement des matières premières introduites dans l’imprimante.

Il est donc autonome car vous n’avez besoin que de l’imprimante pour créer un appareil. Vous pouvez commencer à penser à imprimer des dispositifs de sauvetage sur le corps, comme un panneau solaire au poignet, ou un capteur de guerre chimique ou biologique sur un bras. L’imprimante que nous utilisons coûte moins de 400 dollars, elle est assez légère et compacte, donc elle peut s’intégrer dans un sac à dos.

F: Comment cette technologie sera-t-elle utilisée en médecine ?

MM: Il y a des implications énormes pour la médecine, en particulier pour les intervenants d’urgence. Pour le moment, en cas d’accident, le patient doit attendre sur les lieux de l’accident pour que l’ambulance se présente. Ensuite, l’ambulance doit les emmener jusqu’à l’hôpital. Donc, il peut s’écouler une demi-heure ou plus avant qu’un traitement réel ait lieu. Mais si vous pouviez apporter l’imprimante au patient et imprimer un appareil biomédical directement sur le patient sur le lieu de l’accident, cela changerait la donne.

Nous avons également imprimé des cellules sur la plaie d’une souris. Nous avons collaboré avec le doyen de la faculté de médecine, Jajub Tolar, qui travaille sur une maladie cutanée rare où la couche épidermique se décolle suite à une maladie génétique. Nous avons pu imprimer des cellules régénératives sur la plaie de la souris pendant que la souris bougeait.

F: Passons aux applications civiles. Imaginez un monde dans cinq ou dix ans, où les imprimantes comme celles-là sont plus omniprésentes, plus accessibles. Comment pourraient-elles être utilisées dans la vie quotidienne ?

MM: J’ai récemment donné une conférence lors d’une foire scientifique où des groupes d’enfants et de parents étaient présents. La première question que j’ai posée était : «Combien d’entre vous savent ce qu’est l’impression 3D ?» Et à peu près tout le monde dans la pièce a levé la main. Maintenant, la deuxième question que j’ai posée était : «Combien d’entre vous ont déjà utilisé une imprimante 3D ?» Tous les parents ont baissé les mains, mais les enfants avaient toujours les mains en l’air. Alors j’ai demandé : «Est-ce parce que tu l’utilises dans ta classe ?» Et ils ont tous dit oui. Alors, j’ai demandé : «Combien d’entre vous possèdent une imprimante 3D ?» Et presque tout le monde a baissé les mains.

Bien que ces choses soient abordables et accessibles, personne ne les achète, car personne ne veut imprimer de plastique dur. Cela ne sert à rien. Même les enfants ne se soucient pas vraiment de ça. Ils peuvent imprimer un jouet qui ne fait absolument rien. Puis j’ai demandé: «Et si vous pouviez imprimer des composants électroniques sur votre peau? Et si vous pouviez imprimer votre prochain iphone ou votre prochaine smartwatch directement sur votre poignet? Combien d’entre vous iraient alors acheter une imprimante? »Et alors tous les enfants ont levé leurs mains. C’est le rêve de tous les enfants d’imprimer toutes sortes de lumières clignotantes et d’appareils électroniques sur leur peau. C’est une idée étrange d’avoir des tatouages électroniques sur toute la peau, mais les enfants vont le faire. Et puis les adultes vont le faire aussi.

F: Où ira ce type de technologie à long terme ?

MM: Toutes ces technologies que nous développons mèneront à l’ère post-informatique. En gros, vous passez de la 2D à la 3D [des puces à un circuit intégré], ce qui est essentiellement ce que la biologie est. Donc, la fusion de l’électronique et de la biologie va se produire. Les questions de confidentialité ou d’éthique qui en découlent ne seront pas très différentes de celles que nous avons avec l’électronique actuelle.

F: Quel est le prochain gros problème ou la prochaine opportunité que vous voulez aborder dans ce domaine ?

MM: Nous sommes particulièrement enthousiasmés par l’idée de la réparation nerveuse [renouveler ou régénérer les tissus endommagés pour restaurer le fonctionnement du système nerveux]. Nous avons déjà publié des recherches sur la réparation des nerfs périphériques.

Nous travaillons également sur la réparation des nerfs centraux ou la réparation de la moelle épinière. À l’heure actuelle, il existe toutes sortes d’approches différentes pour traiter les lésions de la moelle épinière, de l’inclusion des échafaudages et des cellules souches à l’introduction de molécules et de gradients biochimiques pour favoriser la régénération. Notre outil d’impression offre une solution tout-en-un, car vous pouvez imprimer une matrice ou échafaudage (scaffolds, charpentes en polymères ayant des structures tridimensionnelles qui guident la croissance cellulaire) et imprimer des cellules dans cet échafaudage. Vous pouvez également imprimer des indices biochimiques et des composants électroniques dans l’échafaudage pour les stimuler. Et puis, bien sûr, vous pouvez adapter l’échafaudage pour qu’il soit anatomiquement spécifique et anatomiquement précis au patient. Avoir un outil tout-en-un qui combine toutes les technologies existantes utilisées pour traiter ces blessures pourrait avoir des implications énormes pour les patients.

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F: C’est drôle, nous parlons beaucoup de la technologie qui remplace la biologie dans le futur. Mais j’aime vraiment l’idée de la technologie créant la biologie.

MM: ou en l’augmentant. Avec notre outil d’impression 3D, vous pouvez potentiellement intégrer l’électronique avec des organes pour faire les choses que les organes normaux ne peuvent pas faire. Le tout premier article que nous avons publié dans l’espace d’impression 3D était intitulé «3D Printed Bionic Ears (Oreilles bioniques imprimées en 3D)». Nous y avons montré que vous pouviez fusionner des cellules avec l’électronique. C’était très grossier mais nous avons prouvé que nous pouvions fabriquer un organe bionique fonctionnel, capable d’écouter de la musique au-delà de la fréquence normale de l’audition.

Nous avons récemment achevé un projet similaire avec des modèles d’organes, où nous avons réalisé des modèles d’organes réalistes qui ont été imprimées en 3D, mais qui semblaient être l’organe lui-même. Ils ont été fabriqués à partir d’un polymère souple. Alors, imaginez une personne qui a récemment souffert d’une insuffisance hépatique. Avec ce type de technologie, au lieu de remplacer leur foie par une version cellulaire, il n’est peut-être pas nécessaire d’avoir des cellules ou de la biologie. Peut-être que cela peut être purement synthétique, et peut-être qu’il pourrait mieux fonctionner qu’un foie normal – un organe augmenté.

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