Des ingénieurs du MIT développent un capteur portable sans fil, ni puces ni piles.
Ils comptent les pas quotidiens, mesurent les signes vitaux comme le pouls ou la tension artérielle, évaluent la qualité du sommeil : Les »wearables », c’est-à-dire les systèmes informatiques que l’on porte sur soi. Les assistants de santé intelligents tels que les bracelets, les patchs, les ceintures pectorales ou les textiles surveillent les fonctions corporelles à l’aide de capteurs et d’électrodes et transmettent les données sans fil à des appareils comme le smartphone. Ces dernières années, ils se sont énormément répandus.
On distingue les wearables de loisirs en vente libre comme l’Apple Watch et les appareils médicaux soumis à des réglementations strictes lors de l’autorisation. Ce dernier domaine en particulier est considéré comme un marché d’avenir, qui a même le potentiel de révolutionner le secteur de la santé. Les wearables médicaux permettent de surveiller les paramètres de santé en temps réel de manière relativement simple, économique et rapide. Les données obtenues pourraient contribuer massivement à la prévention, au diagnostic et au contrôle des maladies. Mais les possibilités d’application sont loin d’être épuisées : des appareils sont également en cours de développement pour administrer des médicaments, soulager les douleurs ou donner l’alerte en cas d’anomalies.
Du nitrure de gallium à la place des puces et des batteries
Une équipe d’ingénieurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) aux États-Unis vient de concevoir une technique permettant d’optimiser la communication sans fil de ces gadgets. Jusqu’à présent, la transmission des données se fait généralement via des puces Bluetooth intégrées, elles-mêmes alimentées par de petites batteries. Mais les deux pourraient bientôt être trop encombrantes pour les futurs wearables, qui ont tendance à devenir de plus en plus petits, minces et flexibles, peut-on lire dans un communiqué de l’université. Les puces ont en outre une consommation d’énergie élevée. Le projet publié dans la revue spécialisée Science mise en revanche sur le principe d’action de la piézoélectricité, en utilisant le nitrure de gallium comme matériau semi-conducteur.
L’effet piézoélectrique décrit l’interaction entre la contrainte mécanique et la tension électrique dans les corps solides. Certains matériaux génèrent des charges électriques sous l’effet de la pression. Inversement, ils se déforment en réponse à une impulsion électrique. Grâce à ses propriétés piézoélectriques bidirectionnelles, le nitrure de gallium pourrait, selon l’idée des chercheurs, faire office à la fois de capteur et de communicateur sans fil pour les ondes acoustiques de surface, qui seraient essentiellement des vibrations. Cela signifie que toute modification de l’état de la peau, par exemple une accélération du rythme cardiaque, influencerait les vibrations mécaniques de l’appareil et le signal électrique émis automatiquement. Ce dernier pourrait être transmis à un récepteur tel qu’un smartphone, étant donné que le capteur lui-même ne stocke pas de données et ne possède pas d’affichage.
Pour tester cette technologie, l’équipe a fabriqué une sorte de peau électronique en nitrure de gallium, un film flexible et adhérent qui, avec ses 250 nanomètres, est environ 100 fois plus fin qu’un cheveu humain. Pour renforcer le signal électrique, une couche d’or a également été appliquée. Le film ultra-mince s’est avéré suffisamment sensible pour réagir par des vibrations aux battements de cœur des personnes et au sel contenu dans leur sueur. Mieux encore, l’impulsion électrique ainsi générée pouvait être lue par un récepteur sans fil situé à proximité.
Photo : MIT/autorisation des chercheurs
Les chercheurs considèrent leurs résultats comme une première étape vers des capteurs sans fil sans puce pour le monitoring de la santé. Couplés à des membranes de détection sélectives, différents biomarqueurs vitaux pourraient être surveillés. L’auteur et postdoctorant du MIT Jun Min Suh cite par exemple le glucose ou le cortisol, l’hormone du stress ; il s’agit d' »une plateforme assez polyvalente ».
En savoir plus sur le gallium : ce métal technologique est un véritable multitalent et pourrait à l’avenir être utilisé dans la protection du climat, dans la recherche sur le cancer ou contre les coupures de courant.
photo : iStock/tonefotografia