Des applications biomédicales à l'intérieur et à l'extérieur du corps

Une conception au service de la vie: une micromanipulation inspirée du textile fait progresser la biomédecine

Le projet POLYACT, financé par l'UE, a appliqué les principes de fabrication du textile à la production de micro-actionneurs, proposant ainsi une gamme d'applications biomédicales à l'intérieur et à l'extérieur du corps.

Plusieurs avancées réalisées dans le secteur de la biotechnologie s'appuient sur la capacité de manipulation biologique à l'échelle microscopique. Pourtant, d'importants obstacles restent à surmonter pour exploiter tout le potentiel des domaines de la biotechnologie qui exigent un niveau optimal de dextérité et de conformité des matériaux. Par exemple, en microchirurgie, la capacité de saisir les cellules et les tissus repose généralement sur la puissance d'aspiration des micropipettes, le risque étant alors de causer des dommages dus à leur conception rigide et au peu, voire à l'absence, de contrôle de la force. En outre, les dispositifs microrobotiques qui utilisent des moteurs électriques ou des systèmes pneumatiques sont souvent encombrants, lourds, bruyants et surtout, lorsqu'ils sont utilisés pour des interfaces humaines, offrent un ressenti extrêmement artificiel à l'utilisateur.

Le projet POLYACT financé par l'UE a entrepris de remédier à ces limitations grâce à la micro-fabrication de micro-actionneurs en polymère. Du fait qu'ils exercent leur puissance de la même manière que les muscles et les moteurs, ces actionneurs peuvent être exploités, lorsqu'ils sont organisés de manière structurée, de manière à effectuer des micromanipulations souples et délicates dans le cadre de diverses tâches. L'ordre de grandeur de ces micro-actionneurs est de 1 à 2 fois inférieur à celui de la technologie actuelle.

Production à petite échelle

Le projet POLYACT a été en mesure de développer, fabriquer et évaluer deux générations de micro-actionneurs souples et flexibles et deux nouvelles méthodes de fabrication. L'équipe a commencé par fabriquer des milli-actionneurs à base de film mince à PVDF SPE (électrolyte polymère solide en difluorure de vinylidène), contrôlés individuellement, mais a constaté que la flexibilité requise n'est pas atteinte si la conductivité ionique n'est pas suffisamment élevée. Elle a ensuite repensé l'agencement de l'actionneur et essayé des alternatives au PVDF SPE, les réseaux polymères interpénétrants (IPN), qui s'avèrent être le candidat le plus adapté. L'équipe a également dû adapter sa technique de structuration des électrodes polymères hautement conductrices, passant d'une approche basée sur le métal à une méthode utilisant des couches polymères conductrices synthétisées par voie électrochimique. Les actionneurs obtenus exigeaient une puissance électrique d'à peine 20 à 30 mW, et de faibles potentiels (~ 1-2 V), autorisant ainsi le contrôle individuel d'outils de micromanipulation qui transportent leur propre source d'énergie.

Au début du projet, l'équipe a souligné la contribution du projet POLYACT à la biomédecine interne. Elle a cité son utilisation dans le cadre d'interventions biomédicales telles que dans des obturateurs optiques et diaphragmes, mais surtout pour la technologie micro-robotique contrôlée à distance dans le corps du patient, puisque la technologie du projet réduit le risque de traumatisme dû à l'intervention chirurgicale. Cependant, la technologie de manipulation douce promet des changements encore plus marquants grâce à sa capacité à mieux reproduire la texture et la consistance des objets biologiques que les alternatives actuelles.

Retour vers le futur avec les actionneurs textiles

L'an dernier, des membres de l'équipe ont publié un article dans la revue Science Advances, dans lequel ils expliquaient comment la fabrication d'actionneurs structurés pouvait être comparée à la production de textiles, les conduisant à qualifier leurs créations d' "actionneurs textiles" (textuators). Ce concept a permis à l'équipe d'utiliser les connaissances issues de la production de textiles, notamment les propriétés relatives telles que la force, la souplesse et la déformation, liées à la conception, en fonction du mode de tissage et/ou tricotage. Utilisable dans le cadre de la fabrication en masse, la technologie POLYACT présente un grand potentiel pour diverses applications d'interface humaine.

L'article paru dans Science Advances met en avant plusieurs innovations dans le domaine des appareils d'assistance tels que des combinaisons de type exosquelette portées sous les vêtements et intégrant des actionneurs offrant un ressenti naturel et réaliste. Les actionneurs textiles pourraient assumer des fonctions musculaires, et apporter leur aide aux personnes à mobilité limitée telles que les personnes âgées ou souffrant d'un handicap. À plus long terme, l'équipe envisage d'ajouter des "fils de détection dans le tissu" afin d'apporter un mécanisme de rétroaction qui permettrait d'accroître le contrôle de l'utilisateur.

Pour plus d'informations voir: page web du projet CORDIS