Fabriqué en laboratoire un cuir synthétique capable de s’auto-réparer – Corriere.it

Quel est l’un des principaux ingrédients qui manquent encore aux robots pour devenir de véritables humanoïdes ? Peau. L’humain est si complexe qu’il est presque impossible pour l’ingénierie de le reproduire : détecte la température, la pression et la consistance. Sans oublier sa capacité à s’auto-réparer.

Maintenant, un groupe de chercheurs de l’Université de Stanford travaillant sur le Initiative d’électronique portable de Stanford
sous la direction du professeur Zhenan Bao, ont publié dans Sciences une nouvelle étude dans laquelle ils présentent une nouvelle méthode pour atteindre le réalignement de soi et l’auto-guérison dans les dispositifs électroniques souples multicouches et les robots en combinant deux polymères dynamiques.

UN
vmagnétiquement réunies, les pièces se rapprochent les unes des autrespuis recomposer. Une preuve de conceptce qui pourrait ouvrir la voie, potentiellement, à des robots qui pourraient être avalés en morceaux puis s’auto-assembler à l’intérieur du corps pour effectuer des traitements médicaux non invasifs. Ou peaux électroniques multisensorielles et auto-cicatrisantes qui s’adaptent aux robots et leur donnent le sens du toucher.

Propriétés uniques

La peau peut être considérée c’est le plus grand organe de notre corps, un redoutable système défensif à la fois capable de remplir des fonctions importantes aussi et surtout sur le plan émotionnel, relationnel et psychique. Peau humaine doux et souple et a des millions de terminaisons nerveuses qui perçoivent la chaleur et le toucher.

En raison de sa complexité, pouvoir reproduire une version électronique pendant quarante ans est l’un des défis les plus exigeants de la bionique, la science qui étudie les fonctions sensorielles et motrices des organismes vivants pour les reproduire ou les améliorer avec des dispositifs électroniques ou autres. Nous avons obtenu ce que nous croyons être la première démonstration de un capteur à couche mince multicouche qui se réaligne automatiquement lors de la cicatrisation. Il s’agit d’une étape essentielle pour imiter la peau humaine, qu’il a plusieurs couches qui se réassemblent toutes correctement pendant le processus de guérison, explique Chris Cooper, chercheur à l’Université de Stanford qui, avec le chercheur Sam Root, a co-écrit l’étude.

En Italie également, le Laboratoire tactile neuro-robotique de l’Institut de biorobotique de l’École supérieure d’études Sant’Anna de Pise, coordonné par professeur Calogero Oddoengagés dans ce domaine de recherche. En collaboration avec l’Institut italien de technologie, l’Université Sapienza de Rome, Campus Bio-Medico de Rome et C Foscari de Venise, et avec le centre de compétences Artes 4.0, en octobre 2022, il a été publié sur Intelligence des machines naturelles une étude sur fonctionnement d’une peau artificielle qui émule une famille de corpuscules de la peau humaine, les récepteurs appelés corpuscules de Ruffini.

L’importance des calques

La superposition est essentielle pour imiter les nombreuses qualités du cuir. Chaque couche douce et souple. Mais si vous le percez, le tranchez ou le coupez, chaque couche s’auto-guérit de manière sélective pour restaurer la fonction globale, explique Root. Tout comme du vrai cuir. Même la peau formée par des couches. possède mécanismes immunitaires qui reconstruisent le tissu avec la structure en couches d’origine grâce à un processus complexe, qui implique la reconnaissance et la transmission de signaux entre les molécules.

Selon Root, l’équipe du professeur Bao pourrait être en mesure de créer un cuir synthétique en couches avec des couches fonctionnelles individuellement minces de un micron chacun (micromètre, μm, soit un millionième de mètre ou un millième de millimètre)
peut-être moins. Si mince qu’une pile de 10 couches ou plus ne serait pas plus épaisse qu’une feuille de papier. Une couche peut détecter la pression, une autre peut détecter la température et encore une autre détecter la tension, explique Root. Des matériaux de différentes couches peuvent être conçus pour détecter les changements thermiques, mécaniques ou électriques.

Une nouvelle approche

Nous avons publié un premier travail sur la peau électronique synthétique multicouche autocicatrisante en 2012 sur Nanotechnologie de la nature , explique le professeur Bao. Depuis lors, il y a eu beaucoup d’intérêt dans le monde entier pour la recherche sur le cuir synthétique multicouche. Ce qui distingue le travail actuel qui les couches se reconnaissent et s’alignent avec des couches similaires pendant le processus de guérisonrestaurant la fonction couche par couche à mesure qu’ils guérissent. Les peaux synthétiques auto-cicatrisantes existantes doivent être réalignées manuellement, par des humains. Même un léger désalignement des couches pourrait compromettre la récupération fonctionnelle.

Le secret des matériaux

La structure de support de chaque couche de tissu formée par de longues chaînes moléculaires reliées à intervalles réguliers par liaisons hydrogène dynamiquessemblables à ceux qui maintiennent ensemble la double hélice des dieux Brins d’ADN
qui permettent au matériau de s’étirer à plusieurs reprises sans se déchirer. Caoutchouc et latex ce sont deux polymères naturels bien connus, mais il existe aussi d’innombrables polymères synthétiques. La clé du design structures moléculaires polymères et choisissez la bonne combinaison pour chaque couche : la première couche d’un polymère, la seconde d’un autre et ainsi de suite. Les chercheurs ont utilisé polypropylène glycol et polydiméthylsiloxane (silicone). Les deux ont des propriétés électriques et mécaniques semblables au caoutchouc et une biocompatibilité ils peuvent être mélangés avec des nano ou micro particules pour permettre la conductivité électrique.

Fondamentalement, les polymères choisis et leurs composites respectifs ne se mélangent pas encore, en raison de la liaison hydrogène, ils adhèrent bien les uns aux autres pour créer un matériau durable et multicouche. Les deux polymères ont l’avantage de lorsqu’ils sont chauffés, ils ramollissent et coulent, mais se solidifient lorsqu’ils sont refroidis. Ainsi, en chauffant la peau synthétique, les chercheurs ont pu accélérer le processus de guérison. A température ambiante, la cicatrisation peut prendre jusqu’à une semaine mais, lorsqu’il est chauffé à seulement 70 ° C, l’auto-alignement et la guérison se produisent en environ 24 heures. Les deux matériaux ont été soigneusement conçus pour avoir réponses visqueuses et élastiques similaires aux sollicitations externes dans une plage de température appropriée.

Pas seulement l’auto-guérison

À partir du prototype de 2012, les chercheurs sont allés plus loin, en étroite collaboration avec le Professeur Renée Zhao de l’université de Stanford, ajouter des matériaux magnétiques à leurs couches de polymère, permettant à la peau synthétique non seulement de guérir mais aussi de s’auto-assembler à partir de pièces séparées. Combiné avec la navigation guidée par champ magnétique et le chauffage par induction, dit Zhao, nous pourrions être en mesure de construire des robots mous reconfigurables capable de changer de forme et de détecter leur déformation à la demande.

Notre vision à long terme est de créer des appareils capables de se remettre de dommages extrêmes. Par exemple, imaginez un appareil qui, une fois déchiré et déchiré, pourrait se reconstruire, dit Cooper. Réunies magnétiquement, les pièces se rapprochent, puis se recomposent. Au fur et à mesure qu’ils guérissent, leur conductivité électrique revient et une LED fixée au sommet du matériau s’allume pour le démontrer. Parmi leurs prochaines étapes, les chercheurs travailleront à rendre les couches aussi fines que possible et à créer des couches aux fonctions différentes. Le prototype actuel était conçu pour détecter la pression et des couches supplémentaires conçues pour détecter les changements de température ou de contrainte pourraient être incluses.