Le gant tactile sent la pression

Les nouveaux capteurs du MIT détectent des changements de pression petits et rapides du bout des doigts. Lorsqu'ils sont placés sur un gant de soie, les composants en forme de clous aident à créer une image précieuse pour les médecins.

Les inventeurs des capteurs hautement adaptés, qui captent de légères vibrations sur la peau, fournissent des cartes de pression spécifiques qui pourraient un jour aider les patients avec une gamme d'assistance, de la simple surveillance du pouls à la restauration complexe des fonctions motrices.

L'équipe basée à Cambridge, dans le Massachusetts, envisage d'intégrer les capteurs de pression non seulement dans des gants tactiles, mais également dans des adhésifs flexibles pour suivre le rythme cardiaque, la pression artérielle et d'autres signes vitaux.

"La simplicité et la fiabilité de notre structure de détection sont très prometteuses pour une diversité d'applications de soins de santé, telles que la détection du pouls et la récupération de la capacité sensorielle chez les patients souffrant de dysfonctionnement tactile", a déclaré Nicholas Fang , professeur de génie mécanique au MIT, dans un récent communiqué de presse.

Comment créer une carte de pression

Les chercheurs du MIT ont tapissé l'intérieur d'un gant avec les petits détecteurs de la taille d'un noyau conçus pour cartographier les changements subtils de pression. Le gant a généré des dispositions de pression spécifiques, ou cartes, en fonction de l'objet tenu.

Le capteur-gant a enregistré les différences de pression entre un ballon saisi et un bécher, par exemple. Tenir un ballon produit un signal de pression relativement uniforme sur toute la paume, tandis que saisir un gobelet crée une pression plus forte au bout des doigts.

L'équipe prévoit d'utiliser le gant pour identifier les modèles de pression pour d'autres tâches, telles que l'écriture avec un stylo et la manipulation d'autres objets ménagers. Les aides tactiles pourraient un jour aider les patients souffrant de dysfonctionnement moteur à calibrer et à renforcer leur dextérité et leur préhension de la main, selon le professeur Fang.

"Certaines habiletés motrices fines nécessitent non seulement de savoir manipuler des objets, mais aussi de savoir quelle force doit être exercée", a déclaré le professeur Fang. "Ce gant pourrait nous fournir des mesures plus précises de la force de préhension pour les groupes témoins par rapport aux patients qui se remettent d'un AVC ou d'autres troubles neurologiques."

Fang et ses collègues détaillent leurs résultats dans une étude de Nature Communications . Les co-auteurs de l'étude incluent Huifeng Du et Liu Wang du MIT, ainsi que le groupe du professeur Chuanfei Guo de la Southern University of Science and Technology (SUSTech) en Chine.

Détecter les petites choses

Les capteurs tactiles remplacent la couche diélectrique conventionnelle par un ingrédient naturel surprenant :la sueur humaine. La sueur contient des ions sodium et chlorure, qui s'accumulent et ont le pouvoir de modifier la capacité entre deux fines électrodes plates placées sur la peau.

L'équipe du MIT a augmenté la sensibilité de l'électrode de détection en ajoutant un tas de poils minuscules, souples et conducteurs. Les fines électrodes de détection de la taille d'un noyau sont en fait recouvertes de milliers de ces filaments microscopiques en or, ou "micropiliers".

Dans leur étude, Fang et les inventeurs ont démontré que les capteurs pouvaient mesurer avec précision le degré de flexion de groupes de micropiliers en réponse à diverses forces et pressions.

Lorsqu'une pression est appliquée, par exemple, sur un coin de l'électrode, les poils de cette région spécifique se plient en réponse et accumulent les ions de la peau; le degré et l'emplacement des ions peuvent alors être mesurés et cartographiés avec précision.

Les capteurs ont pu détecter des phases subtiles du pouls de la personne, telles que différents pics au cours d'un même cycle.

"Le pouls est une vibration mécanique qui peut également provoquer une déformation de la peau, que nous ne pouvons pas ressentir, mais que les piliers peuvent capter", a déclaré Fang.

Dans un court Q&A avec Tech Briefs ci-dessous, Fang explique plus en détail les possibilités d'une carte de pression, au-delà du simple pouls.

Fiches techniques  :Quelle est l'application ou le domaine d'application le plus intéressant que vous envisagez pour cette technologie ? Pourquoi ce gant est-il si important, selon vous ?

Prof. Nicolas Fang :Nous prévoyons que l'intégration de la rétroaction haptique haute fidélité dans les tissus et les textiles ouvrira de nouvelles applications pour les dispositifs médicaux et de soins de santé, telles que la récupération de la capacité sensorielle chez les patients souffrant de dysfonctionnement tactile, et cela pourrait également permettre le jeu et la formation VR/AR.

Fiches techniques :Pourquoi est-il si important de prendre une carte de pression ? Que pouvez-vous faire avec une carte de pression une fois que vous l'avez ?

Prof. Nicolas Fang :Je pense que la carte de pression haute résolution mesurée par un gant intelligent, qui est insensible aux artefacts de mouvement, peut fournir une évaluation plus précise des habiletés motrices des mains et des doigts pour les applications au point de service. Notre gant offre la possibilité de surveiller en permanence la dextérité de la main et des doigts [pendant les activités], comme assembler des puzzles, trier des perles, plier des cartes, jouer à des jeux de société ou attacher des lacets.

Plus de capteurs dans les fiches techniques

Un doigt de pelle robotique du MIT utilise la détection tactile pour identifier les objets souterrains.

Un matériau de détection auto-conscient et auto-alimenté peut être utilisé dans les stents cardiaques, les ponts et même l'espace.

Un capteur portable détecte les gaz toxiques, avec un hologramme.

Fiches techniques :Qu'est-ce qui vous a inspiré à sentir avec la sueur ? Quels sont les avantages et les inconvénients de la transpiration ?

Prof. Nicolas Fang  :Juste pour clarifier, seule une quantité minimale de sueur sur une peau naturellement hydratée est nécessaire pour que notre gant fonctionne, et cela est satisfait par notre peau dans des conditions physiologiques.

Pour la conception de notre capteur, nous nous sommes inspirés de deux idées.

L'un est les capteurs à poils longs trouvés sur les insectes, tels que les araignées errantes qui ont un sens du toucher et des vibrations du sol incroyable.

Un autre concerne la configuration des électrodes sur la peau largement appliquée dans les soins de santé, et notre innovation ici consiste à exploiter la déformation prescrite du tissu de carbone, des piliers en PET [polyéthylène téréphtalate] floqués électrostatiquement qui sont en contact conforme avec la peau hydratée, et ces PET floqués les micropiliers agissent comme des dispositifs de détection de pression avec une sensibilité exceptionnelle aux changements subtils de la force appliquée.

Fiches techniques :Sur quoi allez-vous travailler ensuite avec ce gant ?

Prof. Nicolas Fang  :Ensuite, nous évaluerons la perception de la texture de différents matériaux sur le gant intelligent afin qu'ils puissent encore augmenter le sens du toucher humain qui est important pour saisir et manipuler de petits objets.

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