L’avenir des soins de santé : la technologie des capteurs avec plusieurs applications
Nous pourrons peut-être bientôt détecter les niveaux d’hydratation, les changements respiratoires ou une couche trop humide, le tout avec un nouveau type de capteur – un dessin au crayon.
Des chercheurs de la Pennsylvania State University aux États-Unis ont mis au point un moyen de surveiller l’humidité et la respiration en dessinant une image qui fonctionne comme une carte de circuit imprimé sur du papier prétraité.
Ce dessin peut envoyer des signaux à votre smartphone, et a déjà été utilisé par des chercheurs pour créer une « couche intelligente » capable d’alerter les parents sur l’inconfort de leur bébé.
Les chercheurs pensent que le capteur pourrait potentiellement être utilisé à l’avenir pour surveiller non seulement une couche complète, mais également des problèmes de santé tels qu’un arrêt cardiaque et une pneumonie, ou même des interrupteurs qui ne nécessitent pas de contact.
« Notre équipe s’est concentrée sur le développement d’appareils capables de capturer des informations vitales pour la santé humaine », a déclaré Huanyu « Larry » Cheng, professeur associé James L. Henderson, Jr. Memorial de sciences de l’ingénieur et de mécanique à Penn State et auteur principal d’un nouveau étude sur la recherche, a déclaré dans un communiqué de presse. « L’objectif est de prédire rapidement les maladies et les situations de santé, afin de détecter les problèmes avant qu’il ne soit trop tard. »
Une étude publiée en décembre dans la revue à comité de lecture Nano Letters décrit le fonctionnement du capteur et certaines des premières applications testées par les chercheurs.
COMMENT UN DESSIN SE TRANSFORME-T-IL EN CAPTEUR ?
Les chercheurs ont expliqué que le capteur est créé en utilisant un crayon pour dessiner sur du papier traité avec une solution de chlorure de sodium.
Au fur et à mesure que les molécules d’eau dans l’environnement autour du dessin s’absorbent dans le papier et se mélangent à la solution de chlorure de sodium, la solution devient ionisée, créant des électrons qui traversent le graphite des marques au crayon.
Les cartes de circuits imprimés, qui sont utilisées dans les ordinateurs et autres appareils électroniques, sont constituées de lignes de cuivre disposées selon des motifs angulaires spécifiques. Le cuivre est utilisé comme conduit pour que les informations électriques circulent, et c’est ce processus que les chercheurs reproduisent – sauf que cette carte de circuit imprimé est tracée au crayon au lieu de cuivre.
Le capteur de papier peut être connecté à un ordinateur avec des fils de cuivre et de la pâte d’argent conductrice, ou peut être relié à une minuscule batterie au lithium et utilisé pour communiquer sans fil avec un smartphone.
Le capteur peut envoyer un signal à un smartphone qui afficherait les données d’humidité sur l’écran de ce smartphone. Il est capable de fournir des lectures précises pour des niveaux d’humidité de 5,6 % à 90 %, selon les chercheurs.
L’idée des capteurs portables n’est pas nouvelle – les capteurs d’humidité flexibles actuels sont une grande partie des soins de santé modernes, utilisés dans des domaines tels que la surveillance respiratoire et la détection de l’humidité de la peau. Cependant, il est difficile d’obtenir une sensibilité élevée à un prix inférieur, ce qui rend ces capteurs moins accessibles.
« Nous voulions développer quelque chose à faible coût que les gens comprendraient comment fabriquer et utiliser – et vous ne pouvez pas être plus accessible que le crayon et le papier », Li Yang, professeur à l’École d’intelligence artificielle de l’Université de technologie du Hebei en Chine, dit dans un communiqué. « Vous n’avez pas besoin d’avoir une pièce d’équipement de plusieurs millions de dollars pour la fabrication. Vous avez juste besoin de pouvoir dessiner dans les lignes d’une électrode pré-dessinée sur un morceau de papier traité. Cela peut être fait simplement et rapidement.
COUCHES INTELLIGENTES AUX MASQUES FACIAUX AUX INTERRUPTEURS SANS CONTACT
En superposant quatre capteurs d’humidité entre les couches absorbantes d’une couche, les chercheurs ont créé un prototype de « couche intelligente », capable de détecter l’humidité et de signaler la nécessité d’un changement.
Cheng a déclaré que l’idée de cette utilisation du capteur est née de sa propre expérience personnelle, car il a deux jeunes enfants.
« Il n’y a pas de moyen facile de savoir à quel point le mouillé est mouillé, et cette information pourrait être vraiment précieuse pour les parents », a-t-il déclaré. « Le capteur peut fournir des données à court terme, pour alerter en cas de changement de couche, mais aussi à long terme, pour montrer des modèles qui peuvent informer les parents sur la santé globale de leur enfant. »
Les chercheurs ont également testé une version qui fonctionnait comme un moniteur de respiration, en dessinant le capteur directement sur un masque facial traité avec une solution.
Ils ont pu différencier la respiration par la bouche et par le nez grâce au capteur, et le capteur a pu détecter trois types de respiration différents : respiration profonde, régulière et rapide.
Ce type de données pourrait être utilisé pour aider à alerter le personnel médical si un patient ressentait soudainement une respiration laborieuse, ou pourrait être utilisé pour détecter l’apparition de diverses affections respiratoires.
Lorsque le capteur était appliqué à la tâche d’hydratation de la peau, le capteur pouvait détecter l’humidité sous-jacente de la peau humaine même si les patients avaient récemment fait de l’exercice ou appliqué une lotion.
« Différents types de maladies entraînent différents taux de perte d’eau sur notre peau », a déclaré Cheng. « La peau fonctionnera différemment en fonction de ces conditions sous-jacentes, que nous pourrons signaler et éventuellement caractériser à l’aide du capteur. »
Les chercheurs disent que les applications potentielles pour ce type de capteur sont énormes.
Il peut même être utilisé comme interrupteur sans contact, avec le capteur capable de détecter la présence d’un doigt planant au-dessus simplement en détectant le changement d’humidité dans l’air.
« Les atomes sur le doigt n’ont pas besoin de toucher le bouton, ils doivent seulement être près de la surface pour diffuser les molécules d’eau et déclencher le signal », a déclaré Cheng. « Quand nous pensons à ce que nous avons appris de la pandémie sur la nécessité de limiter le contact du corps avec les surfaces partagées, un capteur comme celui-ci pourrait être un outil important pour arrêter une contamination potentielle. »
Pour tester cette application, les chercheurs ont utilisé le capteur pour opérer quelques expériences. En passant leur doigt au-dessus du capteur, ils ont découvert qu’ils pouvaient déplacer un ascenseur miniature, allumer des LED et jouer des notes au clavier.
On ne sait pas à quelle distance nous sommes des couches intelligentes et des masques intelligents qui arrivent sur les étagères, mais les chercheurs espèrent que cela pourrait conduire à de nouvelles innovations dans le monde médical.