Les bébés de l'unité de soins intensifs néonatals (UNSI) sont minuscules, fragiles et recouverts de fils. Fils de surveillance du rythme cardiaque, fils de surveillance de la pression artérielle, fils de surveillance de la température, fils de surveillance de l'oxygénation du sang. Il est difficile pour les bébés d'agiter leurs petits bras, et il est encore plus difficile pour les parents de les toucher, et encore moins de les prendre.
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Maintenant, grâce aux progrès de la science des matériaux, ces fils peuvent éventuellement disparaître. Des chercheurs de la Northwestern University ont mis au point des correctifs électroniques incroyablement minces et extensibles pour surveiller une grande variété de signes vitaux et de mouvements corporels.
Ces patchs «ont le potentiel nécessaire pour rendre la santé et la réadaptation humaines beaucoup plus efficaces et efficientes», déclare John Rogers, les scientifiques qui ont dirigé les recherches.
Les patchs, qui font actuellement l'objet d'essais sur l'homme, ressemblent plus ou moins à des tatouages temporaires. Ils sont créés en plaçant de minuscules puces semi-conductrices sur un substrat extensible. Le substrat est incrusté de motifs de filaments métalliques ondulés qui permettent de transporter des signaux électriques. Le tout utilise des antennes minuscules pour transmettre des informations sans fil, de sorte qu'ils ne doivent pas être attachés à des fils ou des tubes. Rogers appelle les patchs «électronique de l'épiderme».
Les avantages pour les bébés de l'USIN sont évidents: lors des premiers essais, un bébé qui n'arrêtait pas de débrancher les câbles des capteurs traditionnels était totalement indifférent à l'électronique de l'épiderme. Mais ce ne sont pas seulement les bébés NICU qui ont tout à gagner. Rogers et son équipe testent également l'électronique épidermique dans plusieurs domaines. Un domaine est la médecine de réadaptation. À compter de juin, l'équipe de Rogers lancera un essai sur des patients atteints de la maladie de Parkinson, souvent affaiblis par des tremblements involontaires. L'essai consistera à placer des patchs à divers endroits sur tout le corps du sujet et à les utiliser pour mesurer l'activité musculaire et les caractéristiques du mouvement.
«L'objectif est de développer des analyses suffisamment précises pour nous permettre de déterminer l'apparition très précoce de tremblements, de caractériser l'évolution de la maladie et également de déterminer l'efficacité des médicaments», explique Rogers.
En surveillant l'activité neuromusculaire des patients, les chercheurs ont même pu déterminer, en fonction de l'augmentation minime des tremblements, si les patients avaient oublié de prendre leurs médicaments.
La même technologie pourrait être utile aux patients ayant subi un AVC, permettant aux médecins de suivre leurs progrès pendant leur rééducation à domicile.
Rogers et son équipe testent également des composants électroniques épidermiques avec diverses équipes sportives professionnelles (Rogers n'a pas le droit de dire lesquelles, mais elles incluent des équipes de football, de baseball et de basketball). La technologie pourrait suivre les progrès de l'entraînement, permettant aux entraîneurs de voir, par exemple, si un lanceur utilise la forme correcte. Il pourrait également surveiller les changements minimes dans les mouvements qui signalent la fatigue sur le terrain, laissant ainsi les entraîneurs voir quand un joueur est trop fatigué pour jouer de manière optimale, bien avant que ce ne soit évident pour tout le monde.
«L'idée est de concevoir ces dispositifs de manière à pouvoir surveiller la fréquence cardiaque, les mécanismes de tangage, les mécanismes de tir au lancer franc [et plus encore]», explique Rogers.
Rogers travaille sur la technologie électronique flexible depuis des années. En 2011, il a publié un article dans Science détaillant un prototype de ses patchs pour la peau, qu'il a ensuite amélioré pour les rendre plus durables. En 2015, son laboratoire a publié une version des patchs permettant de mesurer le flux sanguin, alors que l'année dernière, ils ont créé un patch pour analyser la sueur à la recherche de marqueurs biochimiques. Dans un commentaire sur le travail de Rogers dans Science, l'ingénieur Zhenqiang Ma a écrit que l'électronique épidermique pourrait potentiellement résoudre bon nombre des problèmes actuels liés à la surveillance de la santé et "permettre à la surveillance d'être plus simple, plus fiable et ininterrompue". Il a également écrit que "d'autres types de peaux électroniques ayant des applications autres que la physiologie, telles que la récupération de la chaleur corporelle et les radios portables, peuvent également indiquer des directions intéressantes pour les travaux futurs".
Bien que Rogers soit considéré comme le père de l'électronique épidermique, un certain nombre de chercheurs travaillent à faire progresser la technologie de plusieurs façons. Certains pensent que les composants électroniques flexibles seront un jour utilisés pour des applications autres que la peau, comme les stimulateurs cardiaques, et pourraient même devenir omniprésents en tant que contrôleurs de santé permanents, vérifiant en permanence des éléments tels que le taux d'oxygène dans le sang et la glycémie. Des chercheurs de Stanford au MIT, en passant par des universités japonaises et suédoises, travaillent sur divers aspects de l'électronique flexible, notamment en rendant la technologie plus petite et plus durable.
La société de cosmétiques Laroche-Posay a créé un patch en forme de cœur pour surveiller l'exposition aux UV; il y a actuellement une liste d'attente pour l'appareil. Contrairement à l'électronique épidermique de Rogers, qui transmet les données sans fil, le patch UV fonctionne en changeant de couleur; une application pour smartphone correspondante lit les changements de couleur et vous indique si vous avez été au soleil trop longtemps.
Après 10 ans de travail dans la création de composants électroniques épidermiques, les défis restants concernent moins l’ingénierie que l’optimisation et la sécurité, explique Rogers. Étant donné que les appareils transmettent sans fil, le cryptage des données sera une préoccupation. Rogers espère également développer les dispositifs plus avant, en leur donnant potentiellement la possibilité d’échantillonner des biofluides comme la sueur et d’effectuer une analyse chimique de biomarqueurs indiquant la santé ou une maladie. (Rogers a déjà effectué des travaux dans ce domaine). L’équipe étudie également la mise au point de dispositifs permettant d’apporter des liquides à travers la peau, ce qui pourrait constituer un moyen discret de donner des médicaments.
«Nous sommes assez optimistes à ce sujet», a déclaré Rogers. «Il y a beaucoup de choses que nous pouvons faire aujourd'hui, et il y a beaucoup de potentiel pour des choses supplémentaires dans le futur.»
