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L'étudiant, Muhammad Khatib, a utilisé le nouveau polymère (ensemble constitué de plusieurs macromolécules) pour développer des capteurs avancés, capables de surveiller la température, la pression et l'acidité. Ces capteurs sont également susceptibles d'être bénéfiques pour une large gamme d'applications dans les domaines de la robotique, des prothèses et des appareils portables.  

Muhammad Khatib, qui mène ses recherches à la Faculté d'ingénierie chimique du Technion Wolfson, sous la direction du professeur Hossam Haick, a publié les innovations qui en sont issues dans les revues Advanced Materials et Advanced Functional Materials.

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Au cours de millions d'années d'évolution, la peau des mammifères s'est développée, d'une part par une grande sensibilité aux stimuli environnementaux et, d'autre part, par une grande résistance aux conditions (température, salinité, chaleur, étirement, etc.). Le modèle technologique développé s'inspire du modèle naturel de la peau, et de nombreux efforts ont été investis dans le développement de matériaux et dispositifs électroniques artificiels aux propriétés similaires à celles de la peau.

Ces systèmes nécessitent de développer des matériaux souples dont le fonctionnement n'est pas affecté par des distorsions ou des déchirures. Or, ces matériaux ont tendance à être endommagés au fil du temps, et leur fonctionnalité en est altérée. Cela a motivé les chercheurs à développer de nouveaux matériaux capables de se guérir de façon autonome, tout comme la peau humaine après une blessure.

Le premier projet de Muhammad Khatib, présenté dans Advanced Functional Materials, décrit la construction et le développement d'un nouvel élastomère (polymère élastique et résilient, supportant de très grandes déformations avant rupture), qui présente des caractéristiques uniques. Celui-ci est hydrophobe (résistant à l'eau), solide et très élastique. Il peut s'étirer jusqu'à

1 100% de sa longueur d'origine sans se déchirer. De plus, il peut se guérir lui-même, même lorsqu'il est imbibé d'eau du robinet, d'eau de mer et d'eau ayant été en contact avec différents niveaux d'acidité. Cet élastomère a un potentiel applicatif très important, notamment pour les appareils électroniques souples et dynamiques qui entrent en contact avec l'eau. Dans le cas où des dommages mécaniques affectent le polymère lorsqu'il est immergé dans l'eau, il est capable de se guérir, et d'éviter les fuites électriques (flux de courant de l'appareil vers l'eau).

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Muhammad Khatib a capitalisé sur ses premières découvertes, décrites plus haut, pour développer une peau électronique artificielle - un projet qu'il présente dans Advanced Materials. De nombreuses caractéristiques et fonctionnalités de l'élastomère décrit plus haut y sont exploitées, et notamment la résistance à l'eau et l'auto-guérison. La peau artificielle contient un système sensoriel composé de matériaux nanométriques qui surveillent de manière sélective et simultanée diverses variables environnementales telles que la pression, la température et l'acidité. Enfin, inspiré par le processus de guérison de la peau humaine, Muhammad Khatib a inclus un système d'auto-guérison autonome innovant dans la peau artificielle. Ce système se compose de composants, tels que des neurones, capables de surveiller les dommages causés aux composants électroniques du système, et d'autres composants qui accélèrent le processus d'auto-guérison dans les endroits endommagés. Ce mécanisme d'auto-guérison permet donc aux systèmes électroniques intelligents de surveiller eux-mêmes leurs activités et de réparer, de façon proactive et autonome, les problèmes fonctionnels causés par des dommages mécaniques.

"La nouvelle technologie est un système universel qui présente un fonctionnement stable dans des environnements secs et humides. Elle est capable de contenir des capteurs chimiques et électroniques supplémentaires", explique l'étudiant Khatib. "Les deux projets qui ont été publiés ouvrent la voie à de nouvelles perspectives pour le développement de systèmes de détection électronique inspirés du fonctionnement naturel de la peau".

Les partenaires de Muhammad Khatib dans la recherche sont la directrice du laboratoire Walaa Saliba ; le chercheur Orr Zohar, qui a travaillé au développement des capteurs et de leurs attributs ; et le professeur Simcha Srebnik, qui a travaillé sur des simulations moléculaires qui clarifient les capacités du nouveau polymère.

La recherche a été réalisée avec le soutien de la Fondation Bill et Melinda Gates, ainsi que grâce à une subvention du projet A-Patch (faisant partie du programme Horizon 2020).

Démonstration de l'auto-cicatrisation du polymère sous l'eau par le doctorant Muhammad Khatib

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Démonstration de la réparation physico-électrique mise en avant par un mécanisme impliquant la lumière LED  

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Source : Technion