This is a piece of skin. Of artificial skin. And now, OK, I’m just going to paste it on this hand, and I'll greet you all.
Voici un morceau de peau. De peau artificielle. Et maintenant, je vais le coller sur cette main, et je vous saluerai tous.
(Laughter)
(Rires)
I will show you how it works. So please have a look at what happens on the table, where there is one piece of this artificial skin, and also what happens on the screen of the laptop that you see in the video that is about to start.
Je vais vous montrer comment ça marche. S’il vous plaît, regardez ce qu’il se passe sur la table, où se trouve un morceau de cette peau artificielle, et aussi ce qu’il se passe sur l’écran de l’ordinateur portable que vous voyez dans la vidéo qui va commencer.
So this is me. I'm first breathing on the skin. And you see now that this line that first was flat now shows a bump. And now I'm touching it with my finger. And again, another bump. I am touching it one more time with the back of a feather. And now tinier bumps are coming. And again. Now even smaller bumps are coming.
Là, c’est moi. Je respire d'abord sur la peau. Et vous voyez maintenant que cette ligne, plate au départ, montre maintenant une bosse. Et maintenant, je la touche avec mon doigt. Et là encore, une autre bosse. Je la touche une fois de plus avec le dos d’une plume. Et maintenant, de plus petites bosses apparaissent. Et encore. Maintenant, des bosses encore plus petites se profilent.
But what is this line? This, what we are looking at, is electrical current, which first is constant. And then when we touch the skin or breathe on it or touch it with a very light feather, it shows a signal. So this bump that you see is a signal in the electrical current. And this is actually exactly how our skin also works. So we have receptors in the skin which sense what is happening on the skin. And then they produce an electrical signal which travels through the nerves and arrives at our brain where it is recognized.
Mais quelle est cette ligne ? Ce que nous voyons, c’est le courant électrique, qui est d'abord constant. Et puis lorsque nous touchons la peau, que nous respirons dessus ou que nous la touchons avec une plume très légère, cela émet un signal. Cette bosse que vous voyez est donc un signal dans le courant électrique. Et c’est exactement ainsi que fonctionne également notre peau. Nous avons donc des récepteurs dans la peau qui détectent ce qu’il se passe sur elle. Ensuite, ils produisent un signal électrique qui traverse les nerfs et arrive à notre cerveau où il est reconnu.
I am a chemist by education, and I worked in the field of material science, which is a very interdisciplinary field, since almost 20 years now. First, as a PhD student in Italy, in Bari, and then at MIT as a postdoc, and now I am group leader in Graz. And it is almost six years that we are working on artificial skins. Almost 12 students, between master and doctoral students, have worked on these devices, trying to study how the materials work, how they work together and how to build this device.
Je suis chimiste de formation et j’ai travaillé dans le domaine de la science des matériaux, qui est un domaine très interdisciplinaire, depuis près de 20 ans. D’abord en tant que doctorante en Italie, à Bari, puis au MIT en tant que post-doctorante, et maintenant je suis chef de groupe à Graz. Nous travaillons depuis presque six ans sur des peaux artificielles. Près de 12 étudiants, entre étudiants en master et en doctorat, ont travaillé sur ces instruments, en essayant d’étudier le fonctionnement des matériaux, comment ils fonctionnent ensemble et comment construire cet instrument.
And after this, we have for the first time produced an artificial skin that can respond at the same time to three stimuli. Touch, so force, temperature and humidity. And it can do this also at an unprecedented resolution. So it's a very tiny device. You will see how it is done. And so this means that it can sense objects that are actually smaller than the objects that can be sensed with our skin. Our skin has a resolution of one millimeter square. This skin has a resolution of 0.25 millimeter square. So I promised I would give you some technical details. I know you are really looking forward to them.
Et après ça, nous avons produit pour la première fois une peau artificielle capable de répondre simultanément à trois stimuli. Au toucher, donc à la force, à la température et à l’humidité. Et elle peut également le faire avec une résolution sans précédent. Il s'agit donc d'un tout petit appareil. Vous allez voir comment ça marche. Ça signifie aussi qu’il peut détecter des objets qui sont en fait plus petits que ceux qui peuvent être détectés avec notre peau. Notre peau a une résolution d’un millimètre carré. Cette peau a une résolution de 0,25 millimètre carré. J’ai promis de vous donner quelques détails techniques. Je sais que vous les attendez avec impatience.
(Laughter)
(Rires)
The main component of this material, of this skin, is what is called the stimuli-responsive material. So what does it mean that it is stimuli-responsive? It means that at the beginning it is small. And when we have either humidity or light or pH or temperature changes, this material changes in its shape, and it becomes bigger. It can arrive to even doubling or tripling its thickness, its original thickness. And this is an amazing property, but it happens at a very, very microscopic scale because we produce these materials as thin films, so sometimes even one million times smaller than a millimeter.
Le composant principal de ce matériau, de cette peau, est ce qu'on appelle le matériau sensible aux stimuli. Alors, que signifie qu’il est sensible aux stimuli ? Ça signifie qu’au début, c’est petit. Et lorsque l'humidité, la lumière, le pH ou la température changent, ce matériau change de forme et grossit. Il peut même arriver à doubler ou à tripler son épaisseur, son épaisseur d'origine. C'est une propriété incroyable, mais elle se produit à une échelle très, très microscopique parce que nous produisons ces matériaux sous forme de films minces, parfois même un million de fois plus petits qu’un millimètre.
So the problem was, OK, how do we translate this very big change in thickness into something measurable? And we thought, OK, let's combine it with a piezoelectric material. Now maybe this word sounds a bit complex. Sounds like something you have never seen in your life, never heard before, but it's not really true. You have been in contact with this material many times. I am in contact with it right now. It's in microphones, for example. So it's the material that when there is a movement, produces electricity. And so in microphones there are membranes that when they move, produce electricity. It's also the material that is in these funny greeting cards that when you open, they make this music. The music is also made with the piezo material. So there is an electrical circuit into the card and when you open it, it moves a membrane and the membrane makes the music. And it's also the material that is included in the arm wristbands, those that measure the heartbeat.
Le problème était donc comment traduire ce très grand changement d’épaisseur en quelque chose de mesurable ? Et on a pensé à le combiner avec un matériau piézoélectrique. Ce mot semble peut-être un peu complexe. Ça ressemble à quelque chose que vous n’avez jamais vu, jamais entendu auparavant, mais ce n’est pas tout à fait vrai. Vous avez été en contact avec ce matériau maintes fois. Je suis en contact avec elle en ce moment. C'est dans les micros, par exemple. C'est donc le matériau qui, lorsqu'il y a un mouvement, produit de l'électricité. Ainsi, dans les microphones, il y a des membranes qui, lorsqu’elles bougent, produisent de l’électricité. C’est aussi ce matériau dans ces cartes de vœux amusantes qui jouent de la musique quand on les ouvre. La musique est également produite avec le piézo matériau. Il y a donc un circuit électrique dans la carte et quand vous l’ouvrez, il fait bouger une membrane qui produit de la musique. Et c’est aussi le matériau qui est inclus dans les brassards qui mesurent le rythme cardiaque.
OK. So we combined these two materials in these cylinders that you see in the picture. So in the middle we have that material I showed you before, the stimuli-responsive material, the material that changes its thickness and gets bigger. And on the outer shell we have the piezoelectric material, the material that when the inside gets bigger, the outside produces the electricity. And this is how it is done. Easy-peasy.
Nous avons donc combiné ces deux matériaux dans ces cylindres que vous voyez sur la photo. Au milieu, on a le matériau que je vous ai montré tout à l’heure, le matériau qui réagit aux stimuli, le matériau qui change d'épaisseur et grossit. Et sur la coque extérieure, nous avons le matériau piézoélectrique, le matériau qui, lorsque l’intérieur s’agrandit, produit de l’électricité à l’extérieur. Et voici comment on procède. Super facile.
(Laughter)
(Rires)
Then these type of cylinders are very tiny, and we have several of them in this device so that we can sense with very high resolution the three different types of stimuli I was telling you before. And a bit more of technical details. I know they are exciting, right? So how do we do these cylinders? We do them using a template, the one that you see in the picture on the top. This is a template with a lot of wells, so a lot of holes. And then we refill the holes. First we fill them up with the piezoelectric material, which is represented in yellow in the bottom figure, and then we fill it up with the stimuli-responsive material that is the light blue in the bottom figure. But to do this we cannot use liquids, because as you know, liquids would fill the wells from the bottom up. And instead we want to cover also the lateral walls. And so we do this using vapor deposition. So the whole process of production of these things happens in vacuum chambers like the one that you can see in the picture.
Ces cylindres sont alors très petits, et on en a plusieurs dans cet instrument ce qui nous permet de détecter avec une très haute résolution les trois types de stimuli dont je vous ai parlé tout à l’heure. Et un peu plus de détails techniques. Je sais qu’ils sont passionnants, pas vrai ? Alors, comment fabriquons-nous ces cylindres ? Nous les faisons à l'aide d'un modèle, celui que vous voyez sur l’image en haut. C’est un modèle avec beaucoup de puits, donc beaucoup de trous. Et puis on comble les trous. Nous les remplissons d'abord avec le matériau piézoélectrique, qui est représenté en jaune dans la figure du bas, puis nous le remplissons avec le matériau sensible aux stimuli, qui est le bleu clair sur la figure du bas. Mais pour ce faire, nous ne pouvons pas utiliser de liquides, car comme vous le savez, les liquides rempliraient les puits de bas en haut. Et au lieu de ça, nous voulons couvrir également les parois latérales. Nous le faisons donc en utilisant le dépôt en phase vapeur. L’ensemble du processus de production de ces objets se déroule donc dans des chambres à vide comme celle que vous voyez sur la photo.
And you may be wondering, OK, why working on this topic? Why working on artificial skin? So from a material scientist point of view, the skin is really a complex ensemble of materials and functions. Skin is useful for protection, secretion, adsorption, heat regulation and sensing. And so being able to just reproduce artificially all these properties -- or actually, for the moment, only the sensation -- looked like a challenge. And so I was happy to embrace it.
Vous vous demandez peut-être, Pourquoi travailler sur ce sujet ? Pourquoi travailler sur une peau artificielle ? Du point de vue de la science des matériaux, la peau est en réalité un ensemble complexe de matériaux et de fonctions. La peau est utile pour la protection, la sécrétion, l’adsorption, la régulation de la chaleur et la détection. Pouvoir reproduire artificiellement toutes ces propriétés, ou en fait, pour le moment, uniquement la sensation, semblait être un défi. J'ai donc été heureuse de l'accepter.
OK, now I'm done with the technical details. Now I know you are all wondering, OK, you have done these artificial skins. But why?
Maintenant j’en ai terminé avec les détails techniques. Je sais que vous vous demandez tous : « Vous avez créé ces peaux artificielles, mais pourquoi ? »
(Laughter)
(Rires)
I will show you some fields of application, ending with the one that I think could be the closest. So we have also seen how there are many victims of burns. These burns can be so huge that they even take away the receptors in the skin. And so people would then lose the sensation where there was this burn. Now imagine a future where actually victims of burns could, thanks to our technologies, regain the sensation.
Je vais vous montrer quelques domaines d’application, en terminant par celui qui, selon moi pourrait être le plus proche. Nous avons donc également vu le nombre de victimes de brûlures. Ces brûlures peuvent être si importantes qu’elles détruisent même les récepteurs de la peau. Ainsi, les gens perdaient la sensation de cette brûlure. Imaginez maintenant un futur où les victimes de brûlures pourraient, grâce à nos technologies, retrouver leurs sensations.
216 million users of smartwatches in 2022. Should I ask how many of you have a smartwatch now? Wearing a smartwatch? Yeah, so imagine you are, for example, running on a hot day, and your smartwatch could measure, for example, the level of hydration of your skin and warn you maybe if you are reaching the limit of the hydration.
216 millions d’utilisateurs de montres connectées en 2022. Faut-il demander combien ici possèdent une montre connectée ? Vous portez une montre connectée ? Oui, imaginez, par exemple, que vous courez par une chaude journée et que votre montre connectée peut mesurer, par exemple, le niveau d'hydratation de votre peau et peut-être vous avertir si vous atteignez la limite d’hydratation.
Another interesting field of application would be robotics. Nowadays, humanoid robots are used in many fields, for example in medicine but also in household. And these robots are exposed to several stimuli, several interactions with the environment and with the humans, and sometimes they have too many inputs at the same time. And this is the reason number one for robot failure. So imagine a future where actually a robot could be a bit more sensitive, a bit smarter. This would lead also to a higher safety of this technology.
Un autre domaine d'application intéressant serait la robotique. De nos jours, les robots humanoïdes sont utilisés dans de nombreux domaines, par exemple en médecine mais aussi dans les foyers. Et ces robots sont exposés à plusieurs stimuli, à plusieurs interactions avec l’environnement et avec les humains, et parfois ils reçoivent trop d’informations en même temps. Et c'est la principale raison de l'échec du robot. Imaginez donc un futur où un robot pourrait être un peu plus sensible, un peu plus intelligent. Ça permettrait également d’accroître la sécurité de cette technologie.
And finally, unfortunately, a very highly cited paper projects the number of people in need of a prosthesis on the rise, from 1.6 million in 2005 to 3.6 million 2015. So a lot of people are born without limbs, and some people lose them during their life due to, for example, vascular diseases. This is so common that you may even know somebody who actually is in a need of prosthesis. Now imagine we could coat the prosthesis with this artificial skin and give this type of people the sensation back.
Enfin, malheureusement, un article très cité prévoit une augmentation du nombre de personnes nécessitant une prothèse, passant de 1,6 million en 2005 à 3,6 millions en 2015. Ainsi, beaucoup de personnes naissent sans membres et certaines personnes les perdent au cours de leur vie à cause, par exemple, de maladies vasculaires. C'est si courant que vous connaissez peut-être quelqu'un qui a réellement besoin d'une prothèse. Imaginez maintenant qu’on puisse recouvrir la prothèse de cette peau artificielle et redonner cette sensation à ce type de personnes.
With almost a decade of working in this field, I'm hopeful that technologies like this could help in the future not only regain, but also maybe augment capabilities.
Avec près d’une décennie de travail dans ce domaine, j’ai bon espoir que de telles technologies puissent aider à l’avenir non seulement à retrouver, mais peut-être aussi à augmenter les capacités.
Thank you.
Merci.
(Applause)
(Applaudissements)