Ces petites moustaches mignonnes que vous voyez sur votre animal de compagnie font plus que simplement se contracter adorablement. Le long, les poils saillants sont en fait des récepteurs tactiles, envoyer des informations vitales sur l'environnement au cerveau et aider les animaux à donner un sens à leur environnement.

Intrigué par la polyvalence des poils, Des chercheurs de l'Université du Texas à Dallas ont utilisé des polymères à mémoire de forme pour créer des versions électroniques appelées e-moustaches, qui imitent les propriétés de la chose réelle. Ils décrivent leur travail dans un article publié récemment dans la revue Matériaux avancés .

Les structures en forme de cheveux sont une avancée significative vers l'ingénierie de la peau humaine électronique, selon les chercheurs qui les ont assemblés.

Capteurs d'étanchéité

"Il y a des exemples vraiment intéressants dans le règne animal de la façon dont les moustaches sont utiles pour sonder et interroger l'environnement, " a déclaré Jonathan Reeder BS'12, Ph.D.'16, auteur principal de l'étude qui a mené la recherche en tant que doctorant à la Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science.

Les phoques sont un bon exemple, il a dit.

"Les phoques utilisent de longues moustaches pour une détection très complexe. Lorsqu'ils nagent dans l'eau, leurs moustaches sentent réellement l'écoulement de l'eau au fur et à mesure qu'elles avancent, " dit Reeder, qui est maintenant chercheur postdoctoral à l'Université Northwestern. "Des tests ont été menés dans lesquels un phoque aux yeux bandés trouvera un poisson nageant dans la piscine et peut réellement suivre le poisson en fonction de la turbulence. Le poisson perturbe l'eau, l'eau trouble les moustaches du phoque, et cela lui donne des informations sur l'endroit où se trouve le poisson. C'est la structure 3D des moustaches qui permet ces fonctionnalités avancées."

Reeder s'est mis au travail pour créer sa propre version d'une moustache, avec son mentor de doctorat, Dr Walter Voit BS'05, MS'06. Vois, professeur agrégé de science et génie des matériaux et de génie mécanique, est l'auteur de l'article.

Les contours des e-moustaches ont été découpés dans une feuille plate de polymère à mémoire de forme, qui est rigide à température ambiante mais devient flexible lorsqu'il est chauffé. Un capteur de contrainte flexible a été modelé au-dessus de chaque moustache, qui avait à peu près le même diamètre qu'un cheveu humain et restait attaché à la feuille.

Lorsque les chercheurs ont soufflé de l'air chaud à travers le bas des découpes, le matériau est devenu doux et pliable, permettant aux petits doigts - ou e-moustaches - de se lever et de devenir tridimensionnels. Une fois les e-moustaches assemblés, les perturbations ont induit des changements dans la résistance du capteur de contrainte qui ont permis le suivi précis de chaque position de moustache électronique.

"Nous avons créé l'une des plus fortes densités d'e-moustaches à ce jour, " dit Voit. " Quand vous avez beaucoup de capteurs comme celui-ci qui peuvent être traînés sur une surface, vous pouvez ensuite les utiliser pour mesurer de nombreuses propriétés intéressantes. Nos e-moustaches ont pu détecter la force, pression, proximité, Température, rigidité et topographie. Alors qu'ils effleurent ou fouettent divers matériaux, ils imitent les capacités de détection de la peau humaine."

Réplication des fonctions de la peau

Les chercheurs ont déclaré que la robotique et les prothèses pourraient être deux des plus grandes applications des e-moustaches.

"De nombreux robots collectent déjà des informations tactiles dans leur environnement physique. Cependant, les capteurs traditionnels n'ont pas la complexité et la richesse du toucher humain. Avec des e-moustaches, nous pouvons augmenter les types d'informations qui peuvent être obtenues en frôlant un capteur sur une surface, " dit Reeder. " En robotique, Les e-moustaches pourraient reproduire les fonctionnalités de la peau humaine en déterminant ce qui est dur et doux, chaud et froid, lisse et rugueux. Ils pourraient permettre au robot d'identifier des objets et d'interagir avec eux en toute sécurité, rendre les robots plus « humains ».

Intégrer des e-moustaches à une prothèse peut être plus difficile.

"L'intégration de capteurs électroniques directement avec la biologie est l'application la plus convaincante mais présente un ensemble de défis difficiles, " dit Reeder. " A savoir, comment traduire les signaux électroniques générés par le capteur dans le "langage" du système nerveux, et comment former un couplage mécanique et électrique stable entre l'électronique flexible et les tissus mous."

Finalement, les scientifiques aimeraient non seulement reproduire la fonction humaine avec des prothèses, mais améliorez-le.

"La sensibilité des e-moustaches aux changements de topologie de surface et de température, ainsi que le temps de réponse des capteurs, dépassent tous les capacités de la peau humaine d'au moins un ordre de grandeur, " a déclaré Reeder. " Il n'est pas impossible pour une personne avec une prothèse d'avoir une meilleure sensibilité qu'avec la main humaine. "

Les autres chercheurs de l'UT Dallas impliqués dans les travaux étaient Tong Kang, étudiant diplômé en génie mécanique et Sarah Rains, étudiante de premier cycle en bio-ingénierie.