Forme de beignet 2D (gauche :avant déformation) et forme cylindrique 3D (droite :après déformation). Crédit :Université de technologie de Toyohashi.
Une équipe de recherche du Département de génie électrique et électronique de l'information et de l'EIIRIS de l'Université de technologie de Toyohashi a développé un dispositif kirigami en forme de beignet pour les enregistrements EMG. Le dispositif proposé réduit le déplacement du dispositif sur une grande surface musculaire déformable. Les enregistrements EMG précis et robustes offrent des interfaces homme-machine basées sur les signaux EMG qui permettent le contrôle des prothèses pour les amputés. Les résultats de leurs recherches ont été publiés dans un numéro de Matériaux de santé avancés le 5 décembre 2019. L'article est également apparu à l'intérieur de la couverture arrière.
Un enregistrement précis et robuste du signal EMG est nécessaire dans les interfaces homme-machine basées sur le signal EMG pour permettre le contrôle de la prothèse pour les amputés en utilisant leur muscle résiduel. En 2017, la même équipe de recherche a précédemment proposé un dispositif d'électrode utilisant la structure kirigami pour l'intégration intime du dispositif électronique et des tissus biologiques. (Y. Morikawa et al) Le potentiel remarquable de la structure kirigami provient de sa grande extensibilité, y compris son rapport de déformation élevé et sa faible force nécessaire à appliquer pendant les étirements du dispositif. La structure du kirigami peut être étirée avec une faible force de déformation et ses caractéristiques mécaniques sont similaires à celles des tissus biologiques mous, comme dans le cerveau et les muscles. Cependant, il est difficile d'obtenir un enregistrement de bio-signal précis et robuste sans déplacement de l'électrode. Le déplacement du dispositif se produit lorsque le dispositif kirigami est appliqué sur des tissus biologiques, comme le cœur et les muscles, qui subissent de grandes déformations.
Une équipe de recherche du Département d'ingénierie électrique et de l'EIIRIS de l'Université de technologie de Toyohashi a développé un dispositif kirigami en forme de beignet pour l'enregistrement EMG afin de résoudre le problème du déplacement de l'appareil lors de la déformation musculaire.
Dispositif kirigami fabriqué en forme de beignet (encart :électrodes intégrées). Crédit :Université de technologie de Toyohashi.
Image schématique montrant l'enregistrement du signal EMG (à gauche) et photographie montrant le dispositif kirigami en forme de beignet attaché à la surface musculaire (à droite). Crédit :Université de technologie de Toyohashi.
La structure de kirigami en forme de beignet est capable de passer d'une forme de beignet 2D à une forme cylindrique 3D. La forme cylindrique convient à de nombreux tissus biologiques déformables de forme sphérique ou colonnaire (par exemple, membre supérieur, membre inférieur, doigt, abdomen, et coeur). Le dispositif kirigami en forme de beignet exécute le mécanisme de fixation sur les tissus cibles et réduit le déplacement du dispositif pendant la déformation des tissus avec une contrainte minimisée sur le tissu biologique. La capacité d'enregistrement du dispositif proposé a été confirmée par l'enregistrement du signal EMG du membre postérieur d'une souris, indiquant la possibilité d'utiliser l'appareil pour une interface homme-machine basée sur EMG.
"La première démonstration utilisant notre dispositif kirigami conventionnel en forme de feuille n'a pas pu suivre la déformation d'un cœur battant. Nous avons discuté de la structure du dispositif, ce qui permet à l'appareil de suivre les tissus déformables. Dans l'expérience préliminaire, nous avons utilisé un papier, qui a été modelé dans la forme de beignet proposée du kirigami par le cutter, et nous avons démontré ses capacités d'étirement et de déformation pour le muscle. Cependant, il n'était pas certain que le dispositif donut-kirigami à micro-échelle présente ou non ces propriétés de dispositif. Nous les avons explorés en fabriquant le dispositif en utilisant le processus de microfabrication et les caractérisations du dispositif, et nous avons confirmé que le dispositif fabriqué présentait la déformation attendue contre notre pensée, " explique le premier auteur de l'article, doctorat candidat Yusuke Morikawa.
Le dispositif kirigami en forme de beignet doit encore être amélioré en termes de durabilité et de réseau dense de microélectrodes. De plus, l'influence des implantations du dispositif sur les tissus biologiques doit être clarifiée si elle est utilisée pendant une longue période. Cependant, il est prévu que le dispositif proposé soit applicable à une interface homme-machine basée sur l'EMG et contribue à l'amélioration de la qualité de vie des amputés.
