Certaines personnes naissent avec une perte auditive, tandis que d'autres l'acquièrent avec l'âge, des infections ou une exposition prolongée au bruit. Dans de nombreux cas, les minuscules poils de la cochlée de l'oreille interne qui permettent au cerveau de reconnaître les impulsions électriques comme des sons sont endommagés. En vue de la mise au point d'une cochlée artificielle avancée, des chercheurs ont présenté dans ACS Nano une membrane conductrice qui, lorsqu'elle est implantée à l'intérieur d'une oreille modèle, transforme les ondes sonores en signaux électriques correspondants, sans nécessiter d'alimentation externe. L'article "Acoustic Core-Shell Resonance Harvester for Application of Artificial Cochlea Based on the Piezo-Triboelectric Effect" est publié dans ACS NANO.
Lorsque les cellules ciliées de l'oreille interne cessent de fonctionner, il n'y a aucun moyen d'inverser les dommages. Actuellement, le traitement se limite aux appareils auditifs ou aux implants cochléaires. Mais ces appareils nécessitent des sources d'énergie externes et peuvent avoir des difficultés à amplifier correctement la parole pour qu'elle soit comprise par l'utilisateur.
Une solution possible consiste à simuler des poils cochléaires sains, convertissant le bruit en signaux électriques traités par le cerveau sous forme de sons reconnaissables. Pour y parvenir, les chercheurs ont essayé des matériaux piézoélectriques autoalimentés, qui se chargent lorsqu'ils sont comprimés par la pression qui accompagne les ondes sonores, et des matériaux triboélectriques, qui produisent de la friction et de l'électricité statique lorsqu'ils sont déplacés par ces ondes. Cependant, ces dispositifs ne sont pas faciles à fabriquer et ne produisent pas suffisamment de signaux dans les fréquences impliquées dans la parole humaine.
Yunming Wang et ses collègues ont donc cherché un moyen simple de fabriquer un matériau qui utilise à la fois la compression et la friction pour créer un dispositif de détection acoustique très efficace et sensible sur une large gamme de fréquences audio. Pour créer un matériau piézo-triboélectrique, les chercheurs ont mélangé des nanoparticules de titanate de baryum recouvertes de dioxyde de silicium dans un polymère conducteur, qu'ils ont séché pour obtenir un film mince et flexible. Ensuite, ils ont retiré les coquilles de dioxyde de silicium avec une solution alcaline. Cette étape a laissé une membrane de type éponge avec des espaces autour des nanoparticules, ce qui leur permet de se bousculer lorsqu'elles sont frappées par des ondes sonores.
Lors de tests, les chercheurs ont montré que le contact entre les nanoparticules et le polymère augmentait la production électrique de la membrane de 55 % par rapport au polymère vierge. Lorsqu'ils ont pris la membrane en sandwich entre deux fines grilles métalliques, le dispositif de détection acoustique a produit un signal électrique maximal à 170 hertz, une fréquence comprise dans la gamme des voix de la plupart des adultes. Enfin, les chercheurs ont implanté le dispositif dans un modèle d'oreille et ont fait jouer un fichier musical. Ils ont enregistré la sortie électrique et l'ont convertie en un nouveau fichier audio, qui présentait une forte similitude avec la version originale. Les chercheurs affirment que leur dispositif auto-alimenté est sensible à la large gamme acoustique nécessaire pour entendre la plupart des sons et des voix.
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