Un « doigt bionique » crée des cartes 3D de tissus humains

Des chercheurs de Université Wuyi en Chine ont développé un doigt bionique intelligent capable de tomographie tactile souterraine. Alors que les capteurs artificiels précédents ne pouvaient reconnaître que les caractéristiques externes, le nouveau système peut identifier les formes et les textures internes d'objets complexes en couches en touchant simplement leurs surfaces extérieures. Il transmet ensuite les données de surface et de subsurface à un ordinateur pour créer des cartes 3D.

Cette capacité annonce l'utilisation future des doigts bioniques intelligents dans l'imagerie diagnostique, en remplacement ou en complément des examens échographiques ou radiographiques.

"Nous nous sommes inspirés des doigts humains, qui ont la perception tactile la plus sensible que nous connaissions", déclare l'auteur principal Jian Yi Luo. "Lorsqu'un doigt touche une poitrine humaine, il peut sentir le contour de l'os ainsi que les tissus mous au-dessus."

Les chercheurs expliquent que lorsque la peau d'un doigt humain touche quelque chose, elle subit des déformations mécaniques telles que la compression, l'étirement ou la traînée. « Ces déformations stimulent les mécanorécepteurs à émettre des impulsions électriques. Les impulsions électriques traversent le système nerveux central jusqu'au cortex somatosensoriel du cerveau et sont finalement intégrées par le cerveau pour reconnaître les caractéristiques du matériau », écrivent-ils.

Inspirée par ce processus, l'équipe a conçu le doigt bionique intelligent en utilisant des poutres en fibre de carbone comme mécanorécepteurs.

Le doigt bionique décrit dans Cell Reports Science physique se compose d'un faisceau de fibres de carbone avec un cylindre métallique de 0.5 mm de diamètre monté sur le dessus comme pointe de contact. Les fibres se connectent à un module de traitement de signal, qui contient des modules d'acquisition de signal et de contrôleur qui se combinent avec le capteur pour établir un système de rétroaction tactile.

Le doigt bionique scanne un objet en appliquant une pression sur la surface, détectant à la fois les structures externes et internes au fur et à mesure qu'il se déplace. Il mesure le degré de compression d'une surface, qui fournit des informations sur la douceur ou la rigidité relative de l'objet touché. Le doigt bionique peut atteindre une résolution spatiale d'au moins 500 µm dans x ainsi que y plans et 200 µm dans le z direction de l'axe.

Luo et les co-chercheurs principaux Zhiming Chen et Yizhou Li ont effectué une série d'enquêtes en utilisant le doigt bionique pour examiner des objets complexes. Un test comprenait la reconnaissance d'une lettre rigide "A" enfouie sous une couche externe de silicium souple. Ils ont également testé le doigt bionique avec un squelette humain simulé comprenant une couche de «peau» de silicium souple, une couche de «muscle», une couche contenant des vaisseaux sanguins simulés et des «os» squelettiques en polymère dur.

Le doigt bionique a reproduit avec précision la structure tissulaire et a localisé un vaisseau sanguin simulé sous la couche musculaire. Les chercheurs conseillent d'améliorer la reconstruction des vaisseaux sanguins avec une plus grande précision et de permettre au doigt de reconnaître des structures 3D plus complexes.

Les chercheurs ont également étudié la capacité du doigt bionique à diagnostiquer les problèmes des appareils électroniques. Après que le doigt ait scanné la surface d'un système de circuit flexible encapsulé, ils ont utilisé les données pour créer une carte 3D de ses composants électriques internes. L'appareil a localisé avec précision l'endroit où le circuit a été déconnecté et a identifié un trou mal percé sans percer la couche d'encapsulation.

La densité de détection intelligente de la peau dépasse le bout d'un doigt

"Nous essayons actuellement d'intégrer le doigt bionique dans des robots ou des prothèses, car nous voulons étudier son utilisation dans l'ingénierie robotique et biomédicale", a déclaré Chen. Monde de la physique. "Nous développons le doigt bionique avec la capacité de détection omnidirectionnelle sur des surfaces arbitraires et améliorons sa sensibilité et sa résolution."

Les futures applications cliniques, suggère Chen, pourraient inclure l'utilisation du doigt bionique pour aider les médecins à diagnostiquer les bosses sous la peau, telles que celles causées par les lésions du cancer du sein. "Un doigt bionique grand public pourrait être comme un tensiomètre à domicile, détectant quelque chose dans le corps qui n'est pas normal, mais avec la capacité de transmettre des données à un médecin pour évaluation et diagnostic", ajoute-t-il. "Nous prévoyons que ce sera également un excellent outil pour les tests industriels ou de recherche non invasifs."

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• La source: https://physicsworld.com/a/bionic-finger-creates-3d-maps-of-human-tissue/