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Un nouveau matériau conçu par des chercheurs de la faculté des sciences appliquées et de l’ingénierie de l’université de Toronto combine la flexibilité de la peau humaine avec une conductivité améliorée et une tolérance à des températures aussi basses que -93 C.

Une peau ionique 

Connue sous le nom de peau ionique, ou iSkin, cette substance pourrait alimenter un large éventail de technologies – de l’électronique portable à la robotique douce. Cette substance, appartient à une famille de matériaux appelés hydrogels.

« Les hydrogels sont des polymères réticulés capables de retenir une grande quantité d’eau dans leur structure chimique », explique Binbin Ying, qui effectue actuellement des travaux post-doctoraux au MIT, mais qui a dirigé la conception de ce matériau tout en poursuivant des études supérieures à l’Université McGill et en travaillant simultanément comme doctorant invité dans le laboratoire du professeur d’ingénierie Xinyu Liu de l’Université de Toronto.

« De nombreux tissus de notre propre corps sont des hydrogels. Ils sont donc souvent utilisés dans des applications où la biocompatibilité est importante, comme les cosmétiques ou l’ingénierie tissulaire. Mais si nous voulons les utiliser dans l’électronique douce, flexible ou portable, nous devons y ajouter de nouvelles fonctionnalités telles que l’extensibilité mécanique et la conductivité électrique. »

Elle est non toxique

Elle est autoalimentée, non toxique et peut s’étirer jusqu’à 400 % de sa taille initiale. Plus important encore, la déformation de ce matériau entraîne un changement proportionnel de sa conductivité. Cela lui permet de convertir un mouvement physique en un signal électrique analogue.

« Un physiothérapeute pourrait le coller sur votre genou ou votre coude pour mesurer quand et de combien votre articulation bouge », explique M. Liu. « Nous l’avons également appliqué sur un gant, ce qui nous permet de mesurer et de suivre les mouvements de la main, qui peuvent ensuite être utilisés pour contrôler un robot. C’est un moyen très polyvalent de faciliter toutes sortes d’interactions homme-machine. »

Jusqu’à présent, la iSkin souffrait d’un inconvénient commun à tous les hydrogels : lorsque l’eau qu’ils contiennent gèle, les cristaux de glace qui en résultent peuvent sérieusement endommager la matrice de polymères complexes. L’air froid et sec peut également aspirer l’eau liquide restante de l’hydrogel.

Le glycérol l’empêche de geler

M. Ying et les membres de son équipe ont résolu ce problème en ajoutant du glycérol, un produit chimique non toxique couramment utilisé dans tout, des aliments au gel pour cheveux. Après avoir soigneusement testé des centaines de recettes, ils ont mis au point une nouvelle formulation d’iSkin qui augmente la tolérance au froid sans sacrifier les autres propriétés utiles du matériau.

En prime, cette nouvelle formulation permet à l’hydrogel d’adhérer encore plus facilement à la peau, aux vêtements et à d’autres matériaux. « Nous l’avons collé à l’extérieur d’une veste et sommes sortis dans un hiver torontois, où il faisait 10 degrés en dessous de zéro », explique Ying. « Nous avons pu prendre les mêmes types de mesures que celles effectuées en laboratoire ».

Pour un large éventail d’applications

La tolérance au froid et l’amélioration de l’adhérence augmentent encore la liste des applications possibles de ce matériau. Par exemple, une pince mécanique de triage pourrait désormais fonctionner dans une installation de stockage à basse température où il serait inconfortable pour un humain de travailler.

L’équipe envisage également d’autres possibilités, notamment des robots mous conçus pour grimper sur des terrains accidentés dans des environnements arctiques. À l’avenir, ils prévoient également de continuer à développer ce matériau et éventuellement de le miniaturiser.

Cette recherche a été publiée dans Advanced Functional Materials.

Source : University of Toronto
Crédit photo : iStock