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Par rsfrontieres le 18 Juin 2022 à 09:55
Un oreiller remplumé aux nanogénérateurs pour analyser notre sommeil
En utilisant des capteurs capables de générer un courant par eux-mêmes, des chercheurs chinois viennent de mettre au point un oreiller capable de suivre le sommeil, de prévenir les chutes et de détecter les épilepsies nocturnes plus finement que les appareils traditionnels. Explications.
Publié leSamedi 18 Juin 2022Jérémie BazartAvec le développement rapide de la science et de la technologie, les produits de surveillance de la santé sont progressivement entrés dans la vie quotidienne : mesure de la pression artérielle, surveillance de la fréquence cardiaque, de la ventilation respiratoire, du poids, algorithmes d’électrocardiogrammes, mesure de la performance…
Le sommeil, en tant que phénomène physiologique naturel de l’être humain, n’échappe pas à cet engouement, d’autant qu’il est étroitement lié à la santé. « Un mauvais sommeil peut entraîner une mauvaise humeur, un ralentissement des réflexes ou une perte de la mémoire. À long terme, des études montrent même qu’une mauvaise nuit peut provoquer des maladies coronariennes, de l’hypertension, de la neurasthénie et mettre la vie en danger », rappellent les auteurs chinois d’une étude qui vient d’être publiée à ce sujet (1).
Les Teng, prodiges venus de Chine
À l’heure actuelle, pour surveiller le sommeil, la polysomnographie est utilisée de manière limitée dans les hôpitaux. Elle consiste à barder de capteurs divers une personne durant son sommeil, pendant plusieurs nuits. À domicile, applications diverses d’écoute du sommeil sur smartphone ou montres programmées sont couramment utilisées afin de réaliser une analyse sommaire de nos nuits. Mais elles sont peu fiables.
C’est la raison pour laquelle des chercheurs ont proposé un nouvel outil qui promet de modifier complètement la façon dont nous enregistrons notre sommeil : il s’agit d’un oreiller, positionné donc immédiatement sous la tête, « sensible à la pression, non invasif et confortable. Il est développé sur la base d’un réseau de nanogénérateurs triboélectriques (Teng – voir encadré ci-dessous) et est capable de surveiller les mouvements de la tête en temps réel durant le sommeil », expliquent les chercheurs chinois dans leur publication.
La surveillance en temps réel de certaines maladies du cerveau
Les Teng sont déjà utilisés dans la surveillance du sommeil. Ils sont incorporés dans des draps, des patchs, des masques de sommeil ou des ceintures. Mais, aussi discrets soient-ils, ils apparaissent tout de même comme trop invasifs, donc source de perturbation… dudit sommeil ! C’est pourquoi les chercheurs chinois croient en leur oreiller.
En fait, ils croient plutôt en leur réseau, positionné sur l’oreiller… « Notre capteur est formé en réalité d’un ensemble de rectangles constitués d’un polymère (le polydiméthylsiloxane) poreux, flexible et respirant, associé à une poudre d’éthylène propylène fluoré. L’ensemble réalise une détection tactile et une surveillance de suivi de mouvement, expliquent-ils dans l’article, avant de poursuivre : l’oreiller intelligent est formé en posant le réseau de capteurs de pression auto-alimentés sur un oreiller ordinaire, et enregistre en temps réel la position de la tête, dans un état statique, et de sa trajectoire, dans un état dynamique durant toutes les phases de sommeil. »
L’ensemble peut même fournir une alerte précoce en cas de risque imminent de chute au sol ! D’après les auteurs, ce smart pillow (oreiller intelligent) pourrait également être étendu à la surveillance en temps réel de certaines maladies du cerveau comme l’épilepsie ou les troubles cognitifs. De même, la surveillance de l’arthrose cervicale fait partie des pistes potentielles. Mais l’oreiller n’est pas encore capable de restituer les songes ou de les interpréter ! Une question de temps, sans doute, on peut toujours rêver…
(1) Smart Pillow Based on Flexible and Breathable Triboelectric Nanogenerator Arrays for Head Movement Monitoring during Sleep, dans la revue de l’American Chemical Society (ACS), « Applied Materials & Interfaces », mai 2022.Les nanogénérateurs triboélectriques (Teng) : l’énergie perpétuelle à portée de friction ?
La tribologie est la science des frottements. Elle étudie donc les phénomènes susceptibles de se produire entre deux systèmes matériels en contact, immobiles ou animés de mouvements relatifs. Plus généralement, la triboélectricité est le nom donné au phénomène électrostatique créé par la mise en contact de deux matériaux de nature différente. Il survient lorsqu’une partie des électrons de la surface de contact de l’un des deux matériaux est transférée à l’autre, et que ce transfert subsiste lors de la séparation.
L’effet triboélectrique peut être augmenté par un apport d’énergie mécanique en frottant les matériaux l’un contre l’autre (friction). C’est ce qui se passe lorsqu’on frotte une baguette (verre, ébonite, matière plastique…) contre un chiffon : la baguette devient capable d’attirer des objets très légers comme des billes de polystyrène ou des confettis.
Cette action permet de transférer des électrons soit du chiffon à la baguette, soit de la baguette au chiffon. En frottant une tige en verre avec de la laine, des électrons (de charge négative) sont transférés du verre vers la laine. Le verre se retrouve alors chargé positivement. En approchant la tige des confettis, des charges négatives vont en migrer pour se placer face aux charges positives de la tige de verre. Les confettis subissent une attraction électrostatique. Comme ils sont neutres électriquement, leur extrémité opposée sera chargée positivement : les confettis ont subi une électrisation par influcence. C’est comme cela que se produit la triboélectricité.
La « série triboélectrique » est un tableau qui permet de prévoir les transferts d’électrons entre deux matériaux. Si on frotte ensemble deux éléments se trouvant dans le tableau, celui qui sera le plus haut dans la liste sera électrisé positivement et celui en dessous, négativement. Les nanogénérateurs triboélectriques fonctionnent de cette façon.
Ils constituent une nouvelle classe de technologies basées sur l'électrification par friction et le couplage par induction électrostatique. Avec elle, les chercheurs promettent de récupérer de l’énergie, de créer de la haute tension et de concevoir des capteurs qui n’ont pas besoin de source d’électricité externe… De l’énergie perpétuelle ?
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