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Une e-peau qui fonctionne à l’énergie solaire - Par : Hanen Hattab,

Une e-peau qui fonctionne à l’énergie solaire


Hanen Hattab
Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

La première peau artificielle, reproduisant le sens du toucher, a été créée en 2015 par des chercheurs du Bao Research Group de Stanford University. Elle s’est démarquée notamment par son élasticité et sa capacité d’autorégénération. Beaucoup de chercheurs visent aujourd’hui à optimiser les caractéristiques de cette nouvelle génération de peau électronique. Des ingénieurs de la Glasgow University School of Engineering ont exploré la piste de l’autosuffisance et ont réussi à concevoir une e-peau qui génère sa propre énergie.

Objectifs, défis et perspectives

L’objectif principal des travaux de cette équipe a été de concevoir une prothèse ayant approximativement le même poids que le membre naturel pour optimiser sa proprioception. L’élimination de la batterie qui alimente la peau permet, en outre, d’alléger la prothèse et de la rendre plus autonome. Leur nouvelle peau a réussi à générer plus d’énergie que ce dont elle a besoin, à savoir 20 nanowatts par centimètre carré. Cela dit, il n’est pas encore possible de stocker le surplus. Les ingénieurs sont actuellement en train de chercher une solution pour pouvoir profiter de l’énergie excédante. Pour Ravinder Dahiya, professeur de nanoélectronique qui a dirigé cette recherche, l’idéal serait d’alimenter le moteur de la prothèse par cette énergie pour rendre tout le membre autosuffisant. Leur étude intitulée « Energy Autonomous Flexible and Transparent Tactile Skin » a été publiée dans la revue Advanced Functional Materials le 22 mars 2017. Elle été coécrite par Carlos García Núñez, William Taube Navaraj, Emre O. Polat et Dahiya.

Conception et réalisation

Afin de rapprocher la sensibilité de la e-peau de celle d’une main humaine, il faut développer et intégrer des capteurs multiples sur des surfaces non planaires et hautement flexibles. Avec de telles propriétés, la e-peau pourrait agir comme une deuxième peau dans les technologies prêt-à-porter, permettant même de détecter des maladies chroniques telles que le diabète. L’équipe a déclaré que les propriétés sensorielles tactiles de leur e-peau sont les plus performantes. Leur contrainte technique a consisté à concevoir une peau transparente qui permet non seulement d’incorporer le dispositif de captation d’énergie solaire mais aussi des systèmes d’électro-thermochromie. Ainsi, une peau artificielle capable de changer de couleurs et de températures, ne serait-elle pas aussi une interface de communication des émotions et des états du corps ?

La nouvelle génération de cellules photovoltaïques flexibles et ultramince, à base de silicium amorphe du commerce, a permis à l’équipe de créer une peau à structure multicouche. Le capteur tactile utilisé se compose d’électrodes capacitives interdigitées (IDC) et  d’une couche de graphène placée sur un substrat en PVC de 125μm d’épaisseur, connectée aux contacts Ti / Au (10 nm / 100 nm) déposés sur les bords des électrodes. Cet épiderme a été réalisé avec du graphène en raison de sa conductibilité électrique et aussi de ses propriétés mécaniques. En effet, il est aussi bien rigide (≈1000 GPa) que résistant à la traction (≈100 GPa). Dans d’autres travaux, les chercheurs ont démontré que le graphène de haute qualité peut être synthétisé et transféré sur des grandes surfaces, en l’occurrence des substrats flexibles qui peuvent couvrir 400 cm2 grâce à un processus de fabrication simple et très peu coûteux. Une première couche de graphène est d’abord transférée sur le PVC par un procédé de laminage à chaud. Ensuite, les contacts métalliques sont déposés sur les bords de la couche de graphène (en utilisant la technique d’évaporation du faisceau d’électrons et un masque particulier). La dernière étape consiste à mettre en forme le graphène suivant les électrodes interdigitées à l’aide d’une lame de traceur commandée par ordinateur.

Propriétés mécaniques et électroniques du graphène

Cette configuration tramée quasi transparente qui laisse passer la lumière a permis de placer les cellules photovoltaïques en dessous. Notons aussi que les propriétés optiques du graphène laissent passer 98 % de la lumière qui frappe sa surface, ce qui le rend idéal pour recueillir et générer l’énergie solaire. Pour prouver l’efficacité de leur e-peau, l’équipe l’a intégrée aux phalanges intermédiaires et proximales d’une main bionique à la fine pointe de la technologie. Ils ont pu démontrer à partir d’une cartographie de la pression en temps réel les performances de la main bionique saisissant une balle molle.

Hanen Hattab

Profil de l'auteur(e)

Hanen Hattab est doctorante en sémiologie à l’UQAM. Ses recherches portent sur les pratiques d’art et de design subversifs et contre culturels comme le vandalisme artistique, le sabotage et les détournements culturels.

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