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Des doigts bioniques créent des cartes 3D des tissus humains

Et si, au lieu d’utiliser des rayons X ou des ultrasons, nous pouvions utiliser le toucher pour obtenir des images de l’intérieur des corps humains et des appareils électroniques ? Dans une étude publiée dans la revue Cell Reports Physical Science le 15 février, des chercheurs présentent un doigt bionique capable de créer des cartes en 3D des formes et textures internes d’objets complexes en touchant leur surface extérieure.

« Nous nous sommes inspirés des doigts humains, qui ont la perception tactile la plus sensible que nous connaissions », explique l’auteur principal, Jianyi Luo, professeur à 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. »

bionique

Figure 2 : Tactile feedback system of smart bionic finger. Tactile feedback system of the human and the bionic finger, respectively.

« Notre doigt bionique va au-delà des capteurs artificiels précédents qui étaient seulement capables de reconnaître et de différencier les formes externes, les textures de surface et la dureté », explique le co-auteur Zhiming Chen, maître de conférences à l’université de Wuyi.

Le doigt bionique « scanne » un objet en le traversant et en exerçant une pression – pensez à un flux constant de coups de poing ou d’aiguillons. À chaque pression, les fibres de carbone se compriment, et le degré de compression fournit des informations sur la rigidité ou la souplesse relative de l’objet. Selon le matériau de l’objet, celui-ci peut également se comprimer lorsqu’il est touché par le doigt bionique : les objets rigides conservent leur forme, tandis que les objets mous se déforment lorsqu’une pression suffisante est appliquée. Ces informations, ainsi que l’endroit où elles ont été enregistrées, sont transmises à un ordinateur personnel et affichées à l’écran sous forme de carte en 3D.

A. A video of a bionic finger imaging a rigid letter A coated in soft silicone. B. A video of a bionic finger imaging simulated human tissue. C. A video of a bionic finger imaging an encapsulated electronic circuit. Credit: Li et al.

Les chercheurs ont testé la capacité du doigt bionique à cartographier les caractéristiques internes et externes d’objets complexes composés de plusieurs types de matériaux, comme une « lettre A » rigide enfouie sous une couche de silicium souple, ainsi que des objets aux formes plus abstraites. Lorsqu’ils l’ont utilisé pour numériser un petit objet composé de trois matériaux différents – un matériau interne rigide, un matériau interne souple et un revêtement extérieur souple – le doigt bionique a été capable de distinguer non seulement le revêtement extérieur souple des crêtes internes dures, mais aussi de faire la différence entre le revêtement extérieur souple et le matériau souple qui remplissait les rainures internes.

Les chercheurs ont ensuite testé la capacité du doigt à détecter et à représenter des tissus humains simulés. Ils ont créé ce tissu – composé d’un élément squelettique, constitué de trois couches de polymère dur, et d’une couche « musculaire » en silicone souple – par impression 3D. Le doigt bionique a pu reproduire un profil 3D de la structure du tissu et localiser un vaisseau sanguin simulé sous la couche musculaire.

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L’équipe a également étudié la capacité du doigt bionique à diagnostiquer les problèmes des appareils électroniques sans les ouvrir. En scannant la surface d’un appareil électronique défectueux avec le doigt bionique, les chercheurs ont pu créer une carte de ses composants électriques internes et localiser l’endroit où le circuit était déconnecté, ainsi qu’un trou mal percé, sans percer la couche d’encapsulation.

Cell Reports Physical Science, Li et al. « A smart bionic finger for subsurface tactile tomography, » https://www.cell.com/cell-reports-physical-science/fulltext/S2666-3864(23)00012-7 / DOI 10.1016/j.xcrp.2023.101257 

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