Ingénieurs MIT développent gant tactile haute précision pour diagnostics médicaux

De nouveaux capteurs du MIT détectent de petits et rapides changements de pression au bout des doigts. Placés sur un gant en soie, les composants en forme de clou aident à créer une image précieuse pour les médecins.

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

L'équipe basée à Cambridge, MA, envisage d'intégrer les capteurs de pression non seulement dans des gants tactiles mais aussi 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 offrent une grande promesse 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 avec dysfonction tactile », a déclaré Nicholas Fang, professeur de génie mécanique au MIT, dans un communiqué de presse récent.

Comment créer une carte de pression

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

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

L'équipe prévoit d'utiliser le gant pour identifier les motifs de pression pour d'autres tâches, comme écrire avec un stylo et manipuler d'autres objets du quotidien. Les aides tactiles pourraient un jour aider les patients avec dysfonction motrice à calibrer et renforcer leur dextérité et préhension manuelles, selon le Prof. Fang.

« Certaines compétences motrices fines nécessitent non seulement de savoir comment manipuler des objets, mais aussi quelle force doit être exercée », a dit le Prof. Fang. « Ce gant pourrait nous fournir des mesures plus précises de la force de préhension pour groupes témoins versus patients récupérant d'un AVC ou d'autres conditions 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 au MIT, ainsi que le groupe du professeur Chuanfei Guo à la Southern University of Science and Technology (SUSTech) en Chine.

Détecter l'infime

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 changer la capacitance entre deux électrodes plates et minces placées sur la peau.

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

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

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

Les capteurs ont pu capter des phases subtiles dans le pouls de la personne, tels que différents pics dans le même cycle.

« Le pouls est une vibration mécanique qui peut aussi causer une déformation de la peau, que nous ne pouvons pas sentir, mais que les piliers peuvent capter », a dit Fang.

Dans une courte Q&R avec Tech Briefs ci-dessous, Fang explique plus sur les possibilités d'une carte de pression, au-delà du pouls seulement.

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

Prof. Nicholas Fang : Nous envisageons que l'intégration d'un retour haptique de haute fidélité dans les tissus et textiles ouvrira de nouvelles applications de dispositifs médicaux et de santé, telles que la récupération de la capacité sensorielle chez les patients avec dysfonction tactile, et cela pourrait aussi permettre les jeux et entraînements VR/AR.

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

Prof. Nicholas 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 compétences motrices des mains et doigts pour des applications point-of-care. Notre gant ouvre l'opportunité pour une surveillance constante de la dextérité des mains et doigts [pendant des activités], comme assembler des puzzles, trier des perles, plier des cartes, jouer à des jeux de société, ou nouer des lacets.

Plus de capteurs sur Tech Briefs

Un doigt robotique fouisseur du MIT utilise la détection tactile pour identifier des objets souterrains.

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

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

Tech Briefs : Qu'est-ce qui vous a inspiré à détecter avec la sueur ? Quels sont les avantages et inconvénients d'utiliser la sueur ?

Prof. Nicholas 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 sous condition physiologique.

Sur notre design de capteur, nous avons été inspirés par deux idées.

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

L'autre est sur la configuration électrodes-sur-peau largement appliquée en santé, et notre innovation ici est d'exploiter la déformation prescrite de tissu carbone, des piliers PET [polyéthylène téréphtalate] électrostatiquement floqués qui sont en contact conformal avec la peau hydratée, et ces micropiliers PET floqués agissent comme dispositifs de détection de pression avec une sensibilité exceptionnelle aux changements subtils de force appliquée.

Tech Briefs : Sur quoi travaillerez-vous ensuite avec ce gant ?

Prof. Nicholas Fang : Ensuite, nous évaluerons la perception de texture de différents matériaux sur le gant intelligent pour qu'ils puissent augmenter davantage le sens du toucher humain qui est important pour la préhension et la manipulation de petits objets.

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