Les cils et les sourcils retiennent la poussière et les débris qui pénètrent dans les yeux. La même idée vaut pour les minuscules poils du nez et des oreilles. À un niveau plus microscopique, les minuscules cils ressemblant à des poils qui tapissent les cellules humaines aident à détecter les changements environnementaux subtils et peuvent stimuler les sens d'une personne.

Ce sont les concepts que Phillip Glass, doctorant en nanosciences et nanotechnologies, et son conseiller Daeha Joung, Ph.D., poursuivent avec leurs capteurs de cils imprimés en 3D au département de physique de l'Université du Commonwealth de Virginie, au Collège des sciences humaines et des sciences. Les deux explorent le domaine de la mécanosensation, un terme biologique désignant les méthodes utilisées par le corps pour collecter des stimuli externes et les envoyer au cerveau, ce qui entraîne des sens comme le toucher, l'ouïe, le mouvement et la douleur. Les mécanorécepteurs sont des cellules ou des organes qui effectuent la détection.

Ils apportent désormais le concept humain aux machines et aux robots.

"Il y a toutes sortes d'endroits où nous pourrions les utiliser", a déclaré Glass en montrant les minuscules capteurs imprimés en 3D du laboratoire qui ressemblent à des cheveux humains. Selon Glass, les technologies de mécanodétection existantes peuvent détecter des pressions soutenues, des pressions rapides et des changements de température. "Mais un domaine qui n'a pas été autant exploré est le concept de force de" glissement ", par exemple la sensation que vous ressentez sur votre peau lorsque vous enlevez ou enfilez des vêtements", a déclaré Glass.

L'utilisation des récepteurs de l'équipe reste à voir, mais Glass et Joung, professeur adjoint de biophysique expérimentale et de nanosciences, soulignent un certain nombre d'applications dans les domaines industriel, environnemental et biomédical. Ils décrivent leurs découvertes et la physique derrière leur propriété intellectuelle dans un article de juillet 2023 que le couple et leur équipe VCU ont publié dans Advanced Science. , "Réseaux de cils artificiels imprimés en 3D :un outil polyvalent pour une mécanodétection personnalisable."

Les utilisations, disent-ils, pourraient inclure des robots chirurgicaux mini-invasifs équipés de mécanorécepteurs de cils pour mieux détecter les changements infimes de pression ou de température, des machines industrielles capables de mesurer le débit d'air ou d'eau, un robot capable de lire le braille ou la détection de débris sur un appareil très sensible. objectif de la caméra.

Dans le cas de la lecture du braille, les cils étaient alignés dans une structure en forme de brosse et attachés à un robot, qui était traîné sur une surface comportant des points de braille. Les données collectées par le robot ont cartographié avec précision la forme du braille.

"La technologie de Phillip et du Dr Joung est vraiment une plate-forme qui peut être utilisée dans un certain nombre d'industries, depuis les prothèses (pensez, rendre les doigts ou les orteils prothétiques d'une personne plus sensibles au toucher) jusqu'à la fabrication qui nécessite des fluides dynamiques", a déclaré Brent Fagg, responsable principal des licences chez VCU TechTransfer and Ventures. "Le défi consiste désormais à trouver les bons partenaires dès le début pour développer une application prête à être commercialisée, et nous discutons avec un certain nombre de groupes intéressés."

Selon Glass, la mesure des débits d'air et d'eau constitue une opportunité cruciale, un facteur important dans un grand nombre de marchés, des usines aux hôpitaux. "De nombreuses applications et industries doivent contrôler, mesurer et même prédire le débit d'air ou d'eau", a-t-il déclaré.

Les capteurs de cils de Glass sont formés sur une imprimante 3D personnalisée à l'aide d'un matériau appelé polycaprolactone (PCL) mélangé à du graphène (un super nanomatériau hautement conducteur) et à un solvant qui sèche au contact de l'air. L'impression 3D donne également à Glass la flexibilité d'imprimer des cils de différentes tailles "en changeant simplement quelques lignes de code".

"L'un des principaux arguments de vente de notre technologie est que nous pouvons imprimer des cheveux de différentes tailles, qui peuvent ressentir le stimulus différemment", a déclaré Glass. "Les poils très longs se plient plus facilement que les poils courts. Ainsi, alors que d'autres types de capteurs de débit d'air ne peuvent détecter qu'une seule plage de débit, nous pouvons imprimer nos cils dans différentes tailles et espacements et les rendre plus sensibles à un large éventail de stimuli."

Pour Joung, les capteurs soulignent l’importance de la physique en tant qu’élément fondamental des applications du monde réel. "La plus grande force de la physique est qu'elle constitue le fondement de toute nouvelle application, qu'il s'agisse d'un dispositif biomédical ou d'un processus d'ingénierie", a déclaré Joung. "Phillip a vraiment adopté une approche différente, en utilisant le caractère unique et la créativité pour imaginer une nouvelle idée avec un potentiel réel."

Plus d'informations : Phillip Glass et al, Réseaux de cils artificiels imprimés en 3D :un outil polyvalent pour une mécanodétection personnalisable, Science avancée (2023). DOI : 10.1002/advs.202303164

Informations sur le journal : Science avancée

Fourni par l'Université du Commonwealth de Virginie