Une peau artificielle qui redonne la sensation du toucher
La peau est l'organe le plus étendu et le plus lourd du corps humain. Grâce à elle, nous percevons simultanément une grande variété de stimuli mécaniques et thermiques. Si elle tient un rôle essentiel de barrière de protection, elle permet aussi de transmettre à notre cerveau les sensations du toucher. Ses caractéristiques anatomiques la rendent extrêmement complexe à imiter.
Professeur de génie chimique à l'Université Stanford, Zhenan Bao travaille depuis 10 ans au développement d'un matériau qui mime la capacité de la peau à se déformer, s'étirer mais aussi à cicatriser, en plus d'envoyer des signaux tactiles de température et de douleur au cerveau. Son objectif : élaborer un tissu électronique flexible, muni de capteurs, qui puisse recouvrir une prothèse destinée aux personnes amputées et reproduire certaines des fonctions sensorielles de la peau.
Avec d'autres bio-ingénieurs de Stanford, le Pr Bao a réalisé une véritable prouesse en créant une peau artificielle expérimentale, une sorte de feuille de plastique susceptible d'apporter au porteur d'une prothèse la sensation du toucher.
Cette peau est conçue en deux couches. En polymère souple, caoutchouteux, la couche supérieure contient des nanotubes de carbone en forme de petites pyramides qui détectent et mesurent la pression, qu'elle soit forte ou légère, et qui génèrent un signal électrique. Quant à la couche inférieure, elle reçoit les signaux électriques en provenance de ces capteurs, les analyse, les traduit en stimuli biochimiques compatibles avec les cellules nerveuses, et les transporte jusqu'aux neurones.
La sensibilité à la pression naturelle est optimisée grâce à l'incrémentation d'un motif gaufré qui comprime davantage les nanotubes de carbone présents. Plus la pression est élevée, plus les nanotubes se rapprochent et plus le signal électrique qui circule entre eux est important. A l'arrêt de la pression, les nanotubes s'éloignent à nouveau et les impulsions cessent complètement.
Pour convertir la force mécanique d'un objet sur la peau en signaux électriques de différentes intensités, les chercheurs ont eu recours à l'optogénétique. Cette technique est basée sur l'activation de neurones par la lumière, après un traitement préalable avec une protéine qui les rend sensibles à tout éclairage. Autrement dit, le signal électrique devient une impulsion lumineuse qui active des neurones spécifiques et induit une sensation de pression plus ou moins forte.
Piste prometteuse, l'optogénétique ne peut cependant pas être appliquée aux cellules humaines. Pour l'instant, l'expérience du Pr Boa n'a d'ailleurs été menée que sur des souris. Dès lors, si l'on veut développer des prothèses de membres capables d'offrir un sens du toucher plus réaliste, il faudra préalablement trouver le moyen de transmettre toutes les informations et leurs nuances depuis la prothèse jusqu'au cerveau, sans l'endommager, mais aussi recréer d'autres aspects du toucher : sensation de chaleur et de froid, douceur ou rugosité des textures, douleur...
Pour l'heure, il s'agit donc d'un succès scientifique " prometteur ", à considérer " avec prudence ". Avant qu'une peau artificielle ne puisse un jour imiter la peau humaine, le chemin est encore long...