27 juin 2018

La fibre sensible de Fabien Sorin

Professeur et chercheur à l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), Fabien Sorin a développé des fibres élastiques capables de donner le sens du toucher à un robot et de créer des prothèses ultra-intelligentes. Une découverte qu’il aimerait rendre utile à la médecine.

Fabien Sorin en train d'étirer le prototype de fibre
Appréciant la recherche fondamentale, Fabien Sorin s’est très vite intéressé à l’ingénierie des matériaux (photo: François Wavre/Lundi13)
Temps de lecture 8 minutes

Fabien Sorin, vous venez de créer des prototypes de nerf artificiel très prometteurs. De quoi s’agit-il exactement?

On peut voir ça comme des nerfs, car ces fils peuvent être intégrés de façon invisible dans un tissu par exemple. En fait, ce sont des fibres élastiques, ressemblant à de longs fils, capables de connaître leur position, les pressions qu’on leur apporte ou encore distinguer différents types de déformations, comme des torsions ou des élongations. Cela ouvre la voie à de nombreuses applications dans le médical, pour améliorer le confort du patient, et aussi dans la robotique. Nous venons notamment, dans le cadre d’une collaboration avec le professeur Brock de l’Université technique de Berlin, d’intégrer nos fibres à un doigt de robot. De la sorte, le robot peut connaître la position du doigt, sentir si quelque chose lui glisse des mains ou s’il touche un objet.

Le domaine médical pourrait particulièrement bénéficier des applications que permettent ces nouvelles fibres conductrices (photo: François Wavre/Lundi13).

Le toucher était l’un des derniers sens qui manquaient au robot avant de devenir presque humain…

Il y a énormément de capteurs dans la peau et il est très difficile de reproduire le toucher dans toute sa complexité. Nous sommes parvenus à fabriquer une structure en trois dimensions avec des capteurs encapsulés à l’intérieur. On est ainsi capable de mesurer s’il y a une pression et où elle se trouve le long de la fibre, mais aussi son intensité et sa direction. C’est déjà pas mal.

Les robots ne sont donc pas encore prêts à lire le braille.

Eh bien, cela dépend de la taille de l’écriture (sourire). Mais cela pourrait s’envisager.

Des nerfs artificiels ultra-intelligents peuvent aussi être exploités à mauvais escient. Cela ne vous inquiète-t-il pas?

Ces fibres n’ont rien de dangereux en elles-mêmes, c’est ce que l’on en fait qui est bon ou mauvais. Toutes les innovations peuvent être utilisées de façon nuisible et cela leur confère un côté effrayant. Mais si l’on s’inquiète trop de cela, alors on ne fait plus rien. On n’avance plus. Et c’est dommage, car ainsi, on se prive de ce que ces découvertes peuvent nous apporter. Pour cette raison,

il faut que ces avancées scientifiques aillent de pair avec des régulations. Il appartient aux politiques et à toutes les composantes de la société civile d’en débattre afin de leur donner un cadre.

Fabien Sorin

Vous n’êtes pas le premier à faire des nerfs artificiels. En quoi consiste concrètement votre découverte?

Toute l’innovation a été d’intégrer des capteurs électroniques dans des matériaux élastiques, c’est-à-dire qui peuvent se déformer et retourner à leur taille initiale. Jusqu’à présent, on rajoutait les capteurs après coup sur les fibres. Mais cela limitait les possibilités de mesures et rendait les procédés de fabrication très longs. De plus, les capteurs exposés à l’extérieur pouvaient s’abîmer lors du lavage du tissu, du séchage ou en cas de pluie. Avec notre technique de fibrage multimatériaux, les capteurs sont encapsulés à l’intérieur de la matrice. Les textiles sont ainsi plus robustes. On a fait les tests de lavage, ça résiste bien. De plus, l’avantage de cette technologie, c’est qu’elle est praticable à très grande échelle.

Une tour de fibrage industrielle peut produire 100 mètres de fibres en quelques dizaines de secondes. Cela ouvre plein de nouvelles possibilités, de marchés et d’industries.

Fabien Sorin

Comment vos fibres peuvent-elles connaître leur position? Comment cela fonctionne-t-il?

Nous avons intégré dans ces fils de petites électrodes métalliques liquides ainsi que des microstructures qui changent de propriétés électriques quand elles sont déformées. Ainsi, lorsqu’on tire, plie ou appuie sur la fibre, l’électrode va devenir plus longue et plus fine. Le courant aura plus de chemin à parcourir dans un espace plus étroit et passera difficilement. La résistance va changer. C’est en mesurant ces modifications du courant qu’on va connaître les contraintes appliquées à la fibre.

Fabien Sorin donne des explications complémentaires dans la vidéo ci-dessous (lien en anglais)

Faudra-t-il charger ses habits comme on charge son téléphone?

Certains de nos capteurs consomment très peu d’énergie, car ils fonctionnent uniquement lorsqu’il y a une pression, comme des interrupteurs. Mais il faudra tout de même leur fournir du courant. Il existe des systèmes avec lesquels on peut générer de l’électricité par notre propre mouvement. C’est quelque chose que notre technologie pourrait faire et sur lequel nous travaillons.

On aura donc bientôt un clavier d’ordinateur sur nos t-shirts?

Nous en avons fabriqué un pour notre article qui peut effectivement s’intégrer très facilement à un tissu, c'est fun. Mais il existe plein d’autres choses plus intéressantes, notamment dans le domaine médical.

Quoi, par exemple?

On pourra fabriquer des prothèses qui contrôlent leur déformation et leur position, destinées à des gens à qui il manque un membre. Pour les hôpitaux, nous aimerions faire des lits qui mesurent les paramètres physiologiques des patients et leurs mouvements durant la nuit. Aujourd’hui, par exemple, on travaille sur des pansements en textile intelligent.

Un autre avantage de nos fibres, c’est qu’elles peuvent être facilement reliées à des applications sur un téléphone ou une tablette, via un système Bluetooth ou wifi.

Fabien Sorin

Un monde toujours plus connecté... C’est ainsi que vous imaginez l’avenir?

La vision globale d’une société de plus en plus connectée, avec des robots hyper-intelligents, est complètement réelle. La preuve, la technologie devient omniprésente dans notre quotidien. Elle se trouve dans nos voitures, nos téléphones, nos montres et bientôt nos rideaux... Mais en même temps, un excès de connectivité et de technologie n’est pas forcément souhaitable. Car, trop assistés, nous risquons de perdre nos facultés. Et celles-ci ne doivent surtout pas être remplacées. Il s’agit d’une vaste problématique. De nombreuses recherches en éthique sont menées actuellement sur ce sujet. Pour ma part, j’espère et je suis persuadé que nos innovations permettront d’améliorer nos conditions de vie.

Des industriels vous ont-ils déjà fait part de leur intérêt?

Nous collaborons actuellement avec des entreprises qui cherchent à produire des textiles connectés, pourvus de fonctionnalités. Il y a un intérêt grandissant dans ce domaine au niveau industriel et aussi dans la recherche. De nombreux efforts sont faits au niveau européen ainsi qu’aux États-Unis. Le gouvernement américain, allié à plusieurs industriels, a récemment investi 300 millions de dollars dans un centre voué au développement de la nouvelle génération de textiles intelligents. J’ai voyagé en Chine il y a quelques mois, où il y a de nombreuses discussions à ce sujet. On prévoit de mettre énormément d’argent dans ce domaine. Là-bas, ils ne font pas les choses à moitié.

Ces nerfs artificiels pourraient-ils un jour être intégrés dans le corps humain?

Aujourd’hui, énormément d’efforts sont faits pour intégrer de l’électronique souple sur des tissus organiques. Si vous avez des composants trop rigides, ça crée de la friction, des irritations, des inflammations et les implants peuvent mal fonctionner. Ainsi, avec leur élasticité, nos fibres seraient idéales pour ça.

N’y aurait-il pas de problème de toxicité?

Nous collaborons avec plusieurs laboratoires de l’EPFL pour des applications en bio-ingénierie Effectivement, la mécanique n’est pas tout. La compatibilité des matériaux est très importante pour qu’il n’y ait pas de rejet par les tissus. Mais nous en sommes encore au stade préliminaire.

Pour quand ces nouveaux textiles sont-ils prévus?

Dans un monde idéal, certains produits pourraient être prêts dans six mois ou un an, comme des tissus intelligents adaptés aux chaises roulantes et qui détectent si les personnes restent trop longtemps dans une même position. Mais cela dépend du marché. Quant à tout ce qui concerne directement le corps humain, cela prend beaucoup plus de temps. Plutôt cinq ou six ans, parce qu’il y a énormément de règles et de tests au niveau européen pour pouvoir introduire des implants en contact avec des tissus internes.

Vous qui avez fait cette découverte, quelle est l’utilisation qui vous fait le plus rêver?

J’aimerais que ces fibres puissent amener quelque chose de vraiment utile dans le domaine médical. Pour moi, l’un des premiers devoirs d’un chercheur qui reçoit une bonne partie de ses fonds d’institutions publiques, c’est de rendre à la société du savoir ou des innovations.

Si dans deux ans cette technologie est intégrée à un lit d’hôpital ou à un textile médical et permet une véritable amélioration des conditions de vie pour les patients, je serais très heureux.

Fabien Sorin

Après dix ans passés aux États-Unis et deux en France, vous avez rejoint l’EPFL… Selon vous, la Suisse est-elle un terrain propice à ce type d’innovation?

Oui! Je suis français, mais j’ai été «élevé» dans le système académique américain qui donne beaucoup de responsabilités aux jeunes chercheurs. Là-bas, les professeurs, même jeunes, ont la responsabilité de lever des fonds, monter leur équipe et leur labo, et la liberté de travailler sur les sujets qu’ils veulent. Le système en place à l’EPF est un des rares en Europe qui permette vraiment cette liberté d’action pour un jeune chercheur. C’est très motivant!

Effectuer de telles recherches, combien de temps cela vous a-t-il pris?

Nous avons mis à peu près deux ans à identifier les bons matériaux. Nous nous sommes inspirés du processus de fabrication des fibres optiques et avons recherché les matières élastiques pouvant être compatibles avec ce procédé. Nous avons aussi regardé au niveau de la microstructure la façon dont elles s’écoulaient. Ensuite, on a intégré à l’intérieur de cette structure des matériaux plus fonctionnels susceptibles d’être déformés, comme des métaux à base de gallium, des liquides à température ambiante. C’est grâce aux métaux qu’on peut faire passer un courant.

Vous avez 40 ans et êtes déjà l’un des leaders dans votre domaine. Qu’est-ce qui vous a donné envie d’étudier les matériaux?

J’ai toujours aimé le côté fondamental de la recherche. Je suis physicien à la base et comprendre les propriétés physiques des matériaux m’intéresse. Mais je voulais aussi faire des recherches appliquées et la science des matériaux, peu connue du grand public, est idéale pour cet équilibre. Pourquoi le métal conduit-il bien l’électricité, contrairement à la céramique? Pourquoi le verre se déforme-t-il au contact de la chaleur alors qu’un métal fond? Tout cela, la science des matériaux le comprend au niveau de la microstructure et de l’organisation des atomes.

Cette approche est à l’origine de nombreuses innovations technologiques fondamentales.

Fabien Sorin

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