Les scientifiques ont compris comment l'effet piézoionique fonctionne dans les hydrogels

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Les scientifiques ont découvert comment l'effet piézoionique fonctionne dans les hydrogels, ouvrant la voie à l'utilisation de peaux ioniques dans les membres prothétiques et les mains de robots. Les peaux ioniques sont composées d'hydrogels flexibles et biocompatibles qui utilisent des ions pour transmettre une charge électrique afin de simuler les caractéristiques sensorielles d'une peau normale. Contrairement aux peaux intelligentes composées de plastiques et de métaux, les hydrogels sont plus confortables à porter et ont la douceur de la vraie peau. Lorsque ces hydrogels sont mis en contact, ils génèrent des tensions - l'effet piézoionique - mais les scientifiques ne savaient pas comment jusqu'à ce qu'une équipe de l'Université de la Colombie-Britannique (UBC) ait conçu une expérience unique en son genre, qui a été rapportée dans Science. Yuta Dobashi, l'auteur principal de l'étude, a développé des capteurs d'hydrogel contenant des sels de différentes tailles d'ions positifs et négatifs sous la direction du chercheur de l'UBC, le Dr John Madden. Des champs magnétiques ont été utilisés par lui et des chercheurs des départements de physique et de chimie de l'UBC pour suivre la façon dont les ions se déplaçaient lorsqu'une pression était appliquée au capteur. Selon les chercheurs, ces nouvelles informations démontrent que les hydrogels perçoivent la pression de la même manière que les humains, c'est-à-dire en déplaçant les ions en réaction à la pression, ouvrant ainsi de nouvelles utilisations aux peaux ioniques. Une autre application, selon UBC, est un capteur d'hydrogel souple placé sur la peau qui peut surveiller les signes vitaux d'un patient tout en étant discret et autonome. Yael Petel, titulaire d'un doctorat en chimie à l'UBC, et Carl Michal, professeur de physique à l'UBC, ont contribué à la recherche, qui a utilisé l'interaction entre les champs magnétiques puissants et les spins nucléaires des ions pour suivre les mouvements des ions dans les hydrogels. Giao Nguyen, Cédric Plesse et Frédéric Vidal de l'Université CY Cergy Paris en France ont contribué à la création d'une nouvelle hypothèse sur la formation de la charge et de la tension dans les hydrogels. Dobashi a déclaré : « Lorsqu'une pression est appliquée sur le gel, cette pression étale les ions dans le liquide à différentes vitesses, créant un signal électrique. Les ions positifs, qui ont tendance à être plus petits, se déplacent plus rapidement que les ions négatifs plus gros. Il en résulte une distribution inégale des ions qui crée un champ électrique, ce qui fait fonctionner un capteur piézoionique. Nous pouvons imaginer un avenir où la "iontronique" gélatineuse serait utilisée pour les implants corporels. Des articulations artificielles peuvent être implantées, sans crainte de rejet à l'intérieur du corps humain. Les dispositifs ioniques peuvent être utilisés dans le cadre du cartilage artificiel du genou, ajoutant un élément de détection intelligent. Un implant de gel piézo-ionique peut libérer des médicaments en fonction de la pression qu'il détecte, par exemple. » Un professeur de génie électrique et informatique à la faculté des sciences appliquées de l'UBC, le Dr Madden, a déclaré : « L'application évidente consiste à créer des capteurs qui interagissent directement avec les cellules et le système nerveux puisque les tensions, les courants et les temps de réponse sont similaires à ceux qui traversent les membranes cellulaires. Lorsque nous connectons notre capteur à un nerf, il produit un signal dans le nerf. Le nerf, à son tour, active la contraction musculaire. Vous pouvez imaginer un bras prothétique recouvert d'une peau ionique. La peau détecte un objet par le toucher ou la pression, transmet cette information par les nerfs au cerveau, et le cerveau active alors les moteurs nécessaires pour soulever ou tenir l'objet. Avec le développement ultérieur de la peau du capteur et des interfaces avec les nerfs, cette interface bionique est concevable. Les peaux intelligentes peuvent être intégrées aux vêtements ou placées directement sur la peau, et les peaux ioniques sont l'une des technologies qui peuvent favoriser cette croissance.

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