Indium : la clé de la prochaine génération d'yeux bioniques

La soudure est omniprésente dans les technologies de médecine interne des stimulateurs cardiaques aux prothèses cochléaires – la batterie, les composants et la carte de circuit imprimé sont maintenus en place par les produits d'Indium Corporation : crèmes, préformes, fils, sphères et flux. Mais un élément est la clé pour révéler le potentiel futur d'une prothèse spécifique.

Dans le roman de 1972, Cyborg, le pilote d'essai Steve Austin se dote de prothèses mécaniques pour remplacer les parties de son corps détruites dans un accident. Deux ans plus tard, l'histoire fictive a été adaptée au petit écran par la télévision ABC, “The Six Million Dollar Man.” ("L’homme qui valait trois milliards, en France")[Aujourd'hui, Steve serait l'homme aux 34 millions de dollars, ajustés à l'inflation.] Parmi ses prothèses, il y a un bras bionique doté d'une force/dextérité surhumaine et un œil gauche qui est remplacé par un œil amovible abritant une caméra miniature.

Bien que le livre, la série télévisée et les films qui ont suivi soient tous des œuvres de fiction, les parties corporelles bioniques existent depuis des décennies. À titre d'exemple, dans les années 1970, Marvin Minsky, professeur au MIT et pionnier de l'intelligence artificielle a créé un bras mécanique à 14 articulations, à trois coudes, contrôlé par ordinateur et musclé hydrauliquement. Marvin pensait que le retour sensoriel de haute qualité atteindrait un jour un stade où les systèmes robotiques téléopérés avancés "ressembleraient tellement à nos propres mains en termes de sensations et de fonctionnement que nous ne remarquerions pas de différence significative". Mais les implants oculaires bioniques, même ceux ayant des objectifs de vision basiques, n'ont été développés que récemment.

Le premier œil bionique, le système de prothèse rétinienne Argus II de Second Sight Medical Products, n'a pas été approuvé par la FDA avant 2013. Les images de la caméra vidéo de l'Argus sont transformées en données électroniques et envoyées à une prothèse rétinienne implantée. Ce système ne compte que 60 pixels en noir et blanc. À l'heure actuelle, des chercheurs de l'Institut de technologie de Harbin en Chine et de l'Université de Northumbria en Angleterre ont peut-être trouvé la solution à l'un des principaux obstacles au développement de la technologie des yeux bioniques : la réduction de la consommation d'énergie.

La biomimetique est l'étude de la nature et des phénomènes naturels, en appliquant au monde naturel les solutions aux problèmes de science, d'ingénierie et de médecine. Les yeux biomimétiques, qui disposent d'excellentes fonctions d'imagerie (par exemple, grands champs de vision, faibles aberrations), ont montré un grand potentiel dans les domaines de la prothèse visuelle et de la robotique. Cependant, le développement de cette technologie a progressé lentement en raison des exigences de traitement qui consomment une grande quantité d'énergie. La clé pour réduire cette consommation d'énergie ? L'indium.

Lorsqu'un dispositif synaptique artificiel est recouvert d'une couche d'indium renforcée par injection d'électrons, la conductivité électrique est augmentée et la consommation d'énergie chute de façon vertigineuse. Par rapport aux synapses artificielles optiques actuelles, ce dispositif atteint une consommation d'énergie ultra-faible de 68,9 aJ par pic, soit plusieurs centaines de fois plus faible.

Les progrès des yeux biomimétiques se heurtent encore à d'autres problèmes, notamment la rigidité des matériaux actuellement disponibles et les structures complexes des dispositifs. Pour transmettre des informations à haute résolution de l'œil au cortex visuel, il faudra une synergie parfaite entre la puissance de traitement et les avancées technologiques, ce qui ne sera probablement pas possible avant plusieurs décennies. Mais le rôle important de l'indium dans la réduction de la consommation d'énergie de ces dispositifs inspire de nouvelles recherches sur les futurs systèmes de vision artificielle.

Steve Austin, avec sa caméra miniature, serait probablement assez jaloux.

Rédigé par le spécialiste MarCom Christian Vischi avec la contribution du responsable de l'évaluation des technologies David Socha.

Référence :

Hu, Yunxia, et autres “Ultralow Power Optical Synapses Based on MoS₂ Layers by Indium-Induced Surface Charge Doping for Biomimetic Eyes.” Advanced Materials. 16 oct 2021 DOI : 10.1002/adma.202104960