Cet article a été diffusé dans CNRS – La lettre Innovation d'Octobre 2018, rubrique « Brevets et licences ».
Le microsystème électromécanique conçu et fabriqué au Centre de nanosciences et de nanotechnologies1, en collaboration avec le Laboratoire mécanique des sols, structures et matériaux2, est capable de récupérer l'énergie mécanique des battements du cœur. Ce dispositif breveté pourrait permettre d'alimenter en énergie un stimulateur cardiaque.
Un stimulateur cardiaque autonome en énergie ? C'est possible, à condition de lui adjoindre un dispositif capable de délivrer une puissance de quelques microwatts sans avoir besoin d'être remplacé ou rechargé. Le tout dans un volume suffisamment petit pour se loger dans la capsule d'un pacemaker. Une solution prometteuse a été mise au point par une équipe du Centre de manosciences et de nanotechnologies1 et du Laboratoire Mécanique des sols, structures et matériaux2 : un microsystème électromécanique (Mems) capable de récupérer l'énergie mécanique des battements du cœur. Les chercheurs ont publié3 les résultats de leurs travaux, qui ont aussi donné lieu à un dépôt de brevet4.
Pour capter l'énergie mécanique des battements cardiaques - l'accélération des parois du cœur à chaque contraction ou dilatation - les chercheurs ont choisi d'utiliser une structure bistable : une micro poutre prédéformée par combinaison ad hoc de formes vibratoires, qui bascule entre deux états stables lorsqu'elle reçoit une énergie mécanique. Ce type de dispositif est bien adapté aux battements de cœur, caractérisés par un spectre d'accélération variable, à très basses fréquences (1-40Hz). Mais une autre difficulté devait être résolue : l'influence de la gravité. Selon l'orientation du mouvement dans le champ de gravité, celle-ci peut limiter la sensibilité du capteur qui ne peut plus alors détecter les accélérations des parois du cœur. Les chercheurs ont trouvé une solution en ajoutant au dispositif deux ressorts, fabriqués en silicium en même temps que le reste du Mems, et dont la fonction est de compenser les effets de la gravité. La sensibilité est alors suffisante dans toutes les directions. La transformation de l'énergie mécanique en énergie électrique, utilisable par le pacemaker, passe par un micro transducteur capacitif (un condensateur dont la distance entre les armatures varie).
Pour réaliser ce Mems innovant, le Centre de nanosciences et de nanotechnologies a développé spécifiquement une technologie silicium-sur-verre, conçue pour être industrialisable. Depuis des années, ces chercheurs travaillent en collaboration avec de grands industriels des dispositifs médicaux implantables. « Des discussions sont en cours pour tester avec eux le nouveau dispositif, qui marque un progrès important en termes de miniaturisation », indique Elie Lefeuvre, Professeur de l’Université Paris-Sud au Centre de nanosciences et de nanotechnologies. Mais d'autres applications sont envisagées, dans les objets connectés et les réseaux de capteurs autonomes.
1 Centre de nanosciences et de nanotechnologies (CNRS/Université Paris-Sud)
2 Laboratoire mécanique des sols, structures et matériaux (CNRS/CentraleSupélec)
3 Nonlinear electrostatic energy harvester using compensational springs in gravity field
Bogdan Vysotskyi, Denis Aubry, Philippe Gaucher, Xavier Le Roux, Fabien Parrain et Elie Lefeuvre. Journal of Micromechanics and Microengineering, Volume 28, Number 7(1) (2018). DOI : http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6439/aabc90
4 Brevet FR 30239993A1 « Dispositif électronique autonome à alimentation par transduction électrostatique produite par une capacité variable », en copropriété CNRS/Université Paris Sud, publié le 22/01/2016.
- Contact : Elie Lefeuvre, Professeur de l’Université Paris-Sud au C2N
Photo : Lefeuvre/C2N
