La “peau intelligente” électronique anti-transpiration mesure avec précision les éléments vitaux, même pendant les entraînements
Les ingénieurs et scientifiques du MIT en Corée du Sud ont mis au point une peau électronique résistante à la transpiration – un patch collant conforme et intégré à un capteur qui surveille la santé d’un individu et sans dysfonctionnement ni décollement, même lorsque le porteur transpire .
Le patch est formé de canaux de sueur synthétiques, comparables aux pores de la peau humaine, que les scientifiques ont gravés à travers les couches ultrafines du matériau. Les pores perforent le patch selon un motif de type kirigami, comparable à celui de l’art japonais du papier découpé. Le concept garantit que la transpiration peut s’échapper via le patch, prévenir ainsi les irritations de la peau et les dommages aux capteurs installés.
La conception kirigami aide en outre le patch à s’adapter à la peau humaine lorsqu’il s’étire et se plie. Cette souplesse, associée à la capacité du matériau à supporter la transpiration, lui permet de suivre l’état de santé d’un individu sur de longues périodes, ce qui n’était en fait pas possible avec les concepts « e-skin » précédents . Les résultats, publiés le 30 juin 2021 dans Science Advances, constituent une avancée vers des peaux intelligentes durables qui peuvent suivre les signes vitaux quotidiens ou la progression du cancer de la peau et d’autres affections.
Le professeur agrégé de génie mécanique au MIT, Jeehwan Kim, affirme qu’il n’y aura pas d’accumulation de sueur, de données incorrectes ou de détachement de la peau avec ce nouveau patch cutané conformable et respirant. Jeehwan Kim poursuit en disant que lui et son équipe peuvent proposer des capteurs portables capables d’effectuer un suivi continu à long terme.
Les co-auteurs de Kim sont l’auteur principal et postdoctorant du MIT Hanwool Yeon, ainsi que des scientifiques des départements de génie mécanique et de science et génie des matériaux du MIT, et du laboratoire de recherche en électronique, y compris des collaborateurs du conglomérat de cosmétiques Amorepacific et de divers autres instituts à travers la Corée du Sud.
Surmonter un problème de transpiration
L’équipe de Kim se concentre sur la production de couches semi-conductrices flexibles. Les chercheurs ont mis au point une technique appelée épitaxie à distance, qui consiste à faire croître des films semi-conducteurs ultrafins de haute qualité sur des tranches à des températures élevées et à éliminer sélectivement des films individuels. Les films peuvent ensuite être intégrés et empilés pour créer des capteurs beaucoup plus fins et plus flexibles que le concept traditionnel à base de plaquettes.
Nouveau, leurs travaux ont suscité l’intérêt de la société de cosmétiques Amorepacific, qui s’intéresse au développement de bandes minces portables pour suivre progressivement les modifications de la peau. La société a collaboré avec Kim pour créer les films semi-conducteurs adaptables du groupe en quelque chose qui pourrait être utilisé sur de longues périodes.
Cependant, l’équipe a rapidement trouvé un obstacle que d’autres concepts d’e-skin n’ont pas encore dépassé : la sueur. La majorité des produits expérimentaux intégrés des capteurs dans des collants à base de polymères peu respirants. Divers autres modèles, fabriqués à partir de nanofibres tissées, peuvent laisser passer l’air, mais pas la sueur. Si une peau électronique devait fonctionner durant une longue période, Kim a compris qu’elle devrait certainement être perméable non seulement à la vapeur, mais aussi à la sueur.
Kim explique que la sueur peut s’accumuler entre l’e-skin et la peau de l’utilisateur, ce qui peut causer des dommages cutanés ainsi qu’un dysfonctionnement du capteur. Kim poursuit en disant que lui et son équipe ont tenté de résoudre ces deux problèmes en même temps en permettant à la sueur de pénétrer à travers la peau électronique.
Une solution poreuse
Pour des idées de conception, les scientifiques se sont tournés vers les pores sudoripares humains. Ils ont découvert que le diamètre du pore typique mesure environ 100 microns et que les pores sont arbitrairement dispersés sur toute la peau. Ils ont effectué des simulations préliminaires pour voir comment ils pourraient superposer et mettre en place dentelle des pores artificiels de manière à ne pas obstruer les pores de la peau humaine.
Yeon a expliqué que l’idée simple de l’équipe est de fournir des conduits sudoripares synthétiques dans la peau électronique ainsi que de créer des voies hautement perméables pour la sueur. De cette façon, l’équipe peut obtenir une surveillance plus durable.
Ils ont commencé par un motif régulier de trous, chacun à peu près de la même dimension qu’un pore sudoripare réel. Ils ont découvert que si les pores étaient rapprochés, à une distance inférieure au diamètre moyen d’un pore, le motif dans son intégralité imprégnerait efficacement la sueur. Cependant, ils ont également découvert que si cette base le motif d’ouverture était gravé à travers un film mince, le film n’était pas très élastique et se cassait facilement lorsqu’il était appliqué sur la peau.
Les scientifiques ont découvert qu’ils pourraient améliorer la force et la flexibilité du motif de trous en coupant des canaux étroits entre chaque ouverture, permettant un motif d’haltères en double, par opposition aux ouvertures de base, qui détendent la tension, au lieu de la contenue dans une zone – ce motif, lorsqu’il est reproduit dans un matériau, produit un effet élastique de type kirigami.
Kim explique cela en disant que si quelqu’un enroule un morceau de papier sur une balle, ce n’est pas conforme, mais il pourrait se conformer si la personne réduisait le motif kirigami dans le papier. Kim continue en mentionnant que son équipe a eu l’idée de relier les trous avec une coupe pour avoir une conformabilité de type kirigami sur la peau. En même temps, cela permet à la sueur de pénétrer.
Suite à cette supposition, l’équipe produit une peau électronique à partir de plusieurs couches fonctionnelles, dont chacune a été gravée avec des pores en forme d’haltère. Les couches de la peau constituant une sélection de capteurs ultra-minces à motif de semi-conducteurs pour suivre la température, l’hydratation, l’exposition aux ultraviolets, ainsi que les contraintes mécaniques. Ce réseau de capteurs est pris en sandwich entre deux films protecteurs minces, qui recouvrent tous un adhésif polymère collant.
Yeon souligne que l’e-skin est comme la peau humaine, extrêmement élastique et douce, et que la sueur peut s’infiltrer à travers elle.
Les scientifiques ont examiné la peau électronique en le collant au poignet d’un volontaire ainsi qu’à son front. Le volontaire a utilisé la bande en continu pendant plus d’une semaine. Au cours du processus, le tout nouveau e-skin a déterminé de manière fiable sa température, son niveau d’hydratation, son exposition aux UV, ainsi que son pouls, même lors de tâches faisant transpirer comme courir sur un tapis roulant pendant une demi -heure et consomme un plat épicé.
La conception de l’équipe s’est également adaptée à la peau, en adhérant au front du volontaire alors qu’il lui était demandé de froncer toujours les sourcils tout en transpirant abondamment, par rapport à divers autres modèles de peau électronique qui manquaient de perméabilité à la transpiration et se sépare rapidement de la peau.
Kim a l’intention d’améliorer la robustesse et la durabilité de la conception. Bien que le ruban soit à la fois perméable à la transpiration et très conformable, en raison de son motif kirigami, c’est exactement ce même motif, associé à la forme ultra-mince du ruban, qui le rend raisonnablement vulnérable aux frottements. Par conséquent, les volontaires doivent mettre un boîtier autour de la bande pour la protection lors d’activités telles que la douche.
Yeon a déclaré que la peau électronique étant vraiment douce, elle peut être physiquement endommagée. Yeon a également déclaré que lui et son équipe avaient l’intention d’améliorer la résilience de la peau électronique.
Publié à l’origine par : scitechdaily.com, 18 juillet 2021.
Référence : “Long-term reliable physical health monitoring by sweat pore–inspired perforated electronic skins” by Hanwool Yeon, Haneol Lee, Yeongin Kim, Doyoon Lee, Youngjoo Lee, Jong-Sung Lee, Jiho Shin, Chanyeol Choi, Ji-Hoon Kang, Jun Min Suh, Hyunseok Kim, Hyun S. Kum, Jaeyong Lee, Daeyeon Kim, Kyul Ko, Boo Soo Ma, Peng Lin, Sangwook Han, Sungkyu Kim, Sang-Hoon Bae, Taek-Soo Kim, Min-Chul Park, Young-Chang Joo, Eunjoo Kim, Jiyeon Han and Jeehwan Kim, 30 June 2021, Science.
DOI: 10.1126/sciadv.abg8459
