En utilisant de l'encre métallique, les chercheurs sérigraphient une antenne et un capteur sur un autocollant extensible conçu pour adhérer à la peau et suivre le pouls et d'autres indicateurs de santé, et transmettre ces lectures à un récepteur sur les vêtements d'une personne. Crédit :Bao Lab
Nous avons tendance à tenir la fonction protectrice de notre peau pour acquise, ignorant ses autres rôles en signalant des subtilités comme un cœur battant ou une bouffée d'embarras.
Maintenant, Les ingénieurs de Stanford ont développé un moyen de détecter les signaux physiologiques émanant de la peau avec des capteurs qui collent comme des pansements et transmettent des lectures sans fil à un récepteur clipsé sur les vêtements.
Pour démontrer cette technologie portable, les chercheurs ont collé des capteurs au poignet et à l'abdomen d'un sujet de test pour surveiller le pouls et la respiration de la personne en détectant comment sa peau s'étirait et se contractait à chaque battement de cœur ou respiration. De même, des autocollants sur les coudes et les genoux de la personne suivaient les mouvements des bras et des jambes en mesurant le moindre resserrement ou relâchement de la peau à chaque fois que le muscle correspondant fléchissait.
Zhenan Bao, le professeur de génie chimique dont le laboratoire a décrit le système dans un article du 15 août dans Nature Electronics, pense que cette technologie portable, qu'ils appellent BodyNet, sera d'abord utilisé dans des contextes médicaux tels que le suivi de patients souffrant de troubles du sommeil ou de problèmes cardiaques. Son laboratoire essaie déjà de développer de nouveaux autocollants pour détecter la sueur et d'autres sécrétions afin de suivre des variables telles que la température corporelle et le stress. Son objectif ultime est de créer une gamme de capteurs sans fil qui collent à la peau et fonctionnent en conjonction avec des vêtements intelligents pour suivre avec plus de précision une plus grande variété d'indicateurs de santé que les téléphones intelligents ou les montres que les consommateurs utilisent aujourd'hui.
"Nous pensons qu'un jour il sera possible de créer un réseau de capteurs cutanés pour tout le corps pour collecter des données physiologiques sans interférer avec le comportement normal d'une personne, " dit Bao, qui est aussi le K.K. Lee Professeur à l'École d'ingénierie.
L'autocollant en caoutchouc attaché au poignet peut se plier et s'étirer lorsque la peau de la personne bouge, transmettre des lectures de pouls à un récepteur accroché aux vêtements de la personne. Crédit :Bao Lab
Extensible, confortable, fonctionnel
Les chercheurs postdoctoraux Simiao Niu et Naoji Matsuhisa ont dirigé l'équipe de 14 personnes qui a passé trois ans à concevoir les capteurs. Leur objectif était de développer une technologie confortable à porter et sans piles ni circuits rigides pour empêcher les autocollants de s'étirer et de se contracter avec la peau.
Leur conception finale a répondu à ces paramètres avec une variante de la technologie RFID (identification par radiofréquence) utilisée pour contrôler l'entrée sans clé dans les pièces verrouillées. Lorsqu'une personne détient une carte d'identité jusqu'à un récepteur RFID, une antenne dans la carte d'identité récupère un tout petit peu d'énergie RFID du récepteur et l'utilise pour générer un code qu'elle renvoie ensuite au récepteur.
L'autocollant BodyNet est similaire à la carte d'identité :il possède une antenne qui récupère un peu de l'énergie RFID entrante d'un récepteur sur les vêtements pour alimenter ses capteurs. Il prend ensuite des lectures de la peau et les renvoie au récepteur à proximité.
Mais pour que l'autocollant sans fil fonctionne, les chercheurs ont dû créer une antenne qui pourrait s'étirer et se plier comme de la peau. Ils l'ont fait en sérigraphiant de l'encre métallique sur un autocollant en caoutchouc. Cependant, chaque fois que l'antenne se plie ou s'étire, ces mouvements ont rendu son signal trop faible et instable pour être utile.
Pour contourner ce problème, les chercheurs de Stanford ont développé un nouveau type de système RFID capable de transmettre des signaux puissants et précis au récepteur malgré des fluctuations constantes. Le récepteur alimenté par batterie utilise ensuite Bluetooth pour télécharger périodiquement les données des autocollants vers un smartphone, ordinateur ou autre système de stockage permanent.
La version initiale des autocollants reposait sur de minuscules capteurs de mouvement pour mesurer la respiration et le pouls. Les chercheurs étudient maintenant comment intégrer la sueur, température et d'autres capteurs dans leurs systèmes d'antenne.
Pour déplacer leur technologie au-delà des applications cliniques et dans des appareils conviviaux, les chercheurs doivent relever un autre défi :garder le capteur et le récepteur proches l'un de l'autre. Dans leurs expériences, les chercheurs ont fixé un récepteur sur les vêtements juste au-dessus de chaque capteur. Des appariements un à un de capteurs et de récepteurs conviendraient à la surveillance médicale, mais pour créer un BodyNet que quelqu'un pourrait porter pendant l'exercice, les antennes devraient être tissées dans les vêtements pour recevoir et transmettre des signaux, peu importe où une personne colle un capteur.
