Les muscles humains produisent de faibles signaux électrophysiologiques lors de la contraction et de la relaxation – des signaux électromyotiques. La myoélectricité de surface (sEMG) Capture ces signaux par des électrodes fixées à la surface de la peau et joue un rôle de plus en plus important dans des domaines tels que la médecine de réadaptation, les sciences du sport, l'interaction homme - machine et la neuroingénierie.

Cependant, l'acquisition de signaux sEMG est confrontée à deux défis naturels majeurs. D'une part, l'amplitude du signal myoélectrique de surface corporelle n'est que de l'ordre du microvolt (μv), extrêmement susceptible d'être inondée par le bruit ambiant et les artefacts de mouvement. Deuxièmement, la peau humaine est un tissu biologique souple, extensible et non plan avec lequel les électrodes rigides traditionnelles sont difficiles à adapter mécaniquement. Les électrodes servent de première passerelle pour l'acquisition du signal et leurs performances déterminent directement la limite supérieure de qualité pour le traitement ultérieur du signal.

L'électrode humide argent / chlorure d'argent (AG / AgCl) actuellement largement adoptée cliniquement, bien que considérée comme la « norme d'or» pour l'acquisition de signaux biologiques, présente trois défauts congénitaux majeurs: l'assèchement du gel au fil du temps entraîne une augmentation de l'impédance de contact et une dégradation continue de la qualité du signal; Les composants du gel peuvent déclencher des réactions allergiques cutanées et une mauvaise respirabilité peut facilement provoquer des rougeurs et des gonflements cutanés; La préparation de la peau prend du temps, les opérations d'application sont complexes et ne conviennent pas aux scènes portables quotidiennes. Sous ces contraintes, l'électrode sèche flexible devient une direction d'évolution technologique reconnue par l'industrie.

II. Quatre propositions d'ingénierie majeures: le seuil technologique des électrodes flexibles myoélectriques du laboratoire à l'application

L'électrode sèche flexible n'a pas besoin de gel conducteur et d'adhésif, elle peut capter des signaux directement au contact de la peau et présente des avantages fondamentaux tels que l'absence d'irritation, le port à long terme et la réutilisation. Mais pour passer du laboratoire aux applications à grande échelle, il est nécessaire de résoudre systématiquement les quatre principales propositions d'ingénierie suivantes.

Iii. Système de matériaux de revêtement: choix multiple de métaux précieux à base de carbone

Les propriétés de l'électrode flexible myoélectrique sont enracinées dans son système de matériaux conducteurs. Différents matériaux sont adaptés en termes de conductivité, de stabilité chimique, de biocompatibilité et de coût.

Or (au)En raison de son excellente conductivité électrique, de sa stabilité chimique et de sa biocompatibilité, il s'agit d'un matériau de choix pour le revêtement d'électrodes sEMG flexibles. L'inertie chimique de l'or le rend non corrosif dans l'environnement physiologique, ne dégage pas d'ions toxiques et convient au contact prolongé avec la peau.Argent / chlorure d'argent (AG / AgCl)Est le système de matériaux le plus commun dans les électrodes potentiométriques biologiques, avec un faible potentiel de polarisation et une excellente stabilité électrochimique, généralement obtenue par dépôt électrochimique de chlorure d'argent sur des électrodes en argent. Ces dernières années, les encres d'électrode sèches AG / AgCl imprimables en 3D ont donné lieu à de nouvelles idées pour la fabrication d'électrodes flexibles.

Matériaux à base de carboneParmi eux, les nanotubes de carbone et le Graphène attirent l'attention en raison de leurs excellentes propriétés de conductivité, de flexibilité mécanique et de légèreté. Une électrode ultra - mince conductrice d'organisme développée à l'Université de technologie de Tokyo, formant une structure fibreuse de maille par enduction d'une seule couche d'un matériau conducteur fibreux de nanotube de carbone sur un film mince d'élastomère, a un rapport signal sur bruit comparable à celui des électrodes de gel disponibles dans le commerce. L'impédance moyenne de 490,75 ± 71,57 kΩ à 10 Hz de l'électrode sèche composite nanotubes de carbone Multi - parois / Polydiméthylsiloxane (MWCNT - PDMS) et le rapport signal sur bruit après intégration dans l'anneau de brassard portable peuvent atteindre 34,23 ± 1,74 DB (40 - 160 Hz), ce qui est supérieur aux résultats témoins des électrodes humides AG / AgCl.

Polymères conducteursPedot: PSS est actuellement l'un des matériaux les plus étudiés. Le revêtement pedot: PSS réduit l'impédance de contact des électrodes textiles de plus de 85% tout en inhibant la corrosion des métaux. Un patch sec sEMG à base d'électrodes hybrides Graphène - argent a été préparé par sérigraphie avec un rapport signal / bruit allant jusqu'à 11,5 DB, comparable à celui d'une électrode AG / AgCl (11,6 DB), et une grille d'électrodes circulaire 4X2 permet un enregistrement électromyographique résolu spatialement.

Iv. Processus de revêtement: transformer les propriétés des matériaux en un lien clé pour la fiabilité des électrodes

Le processus de revêtement est le lien central qui transforme les avantages théoriques des matériaux conducteurs en performances réelles des électrodes. Quatre propositions d'ingénierie pour les électrodes flexibles myoélectriques,Technologie avancéeUn système technique complet est construit, des matériaux aux procédés.

• Interface liaison Breakthrough – activation de pré - traitement plasma.En réponse au problème difficile de l'industrie de la force de liaison insuffisante du métal et du substrat macromoléculaire, le processus de prétraitement par plasma développé par Advanced Academy Science and Technology améliore efficacement la résistance de la liaison entre le substrat et la couche métallique en bombardant la surface du substrat par plasma. La conception de revêtement de gradient d'ajustement réalise la transition de contrainte du substrat à la couche métallique, évitant efficacement le pelage de l'interface en raison de la différence de module, la force d'adhérence de la couche de placage en hectogrammes jusqu'à la classe 5b, la résistance au pelage est supérieure à 0,8 N / MM.
• Rupture de qualité de placage – placage pulsé.Introduction de la technologie de placage pulsé pour réduire efficacement la porosité du placage et améliorer la densification et l'uniformité du placage en contrôlant avec précision le temps de commutation et la fréquence du courant.
• Percée de protection de l'environnement et de sécurité - plaqué or sans cyanogène.L'utilisation de la technologie de placage d'or sans cyanogène dans le processus de placage d'or offre des avantages évidents dans la réduction de la pollution de l'environnement et l'amélioration de la sécurité des opérations.

V. Principales performances et options

Informations publiques intégrées sur l'industrie etTechnologie avancéeDonnées techniques, les paramètres clés de l'électrode flexible myoélectrique sont les suivants:

Les ingénieurs doivent se concentrer sur les dimensions suivantes lors du choix d'une électrode flexible myoélectrique:

• La scène d'application détermine le chemin du matériau.Le système AG / AgCl peut être choisi pour le diagnostic clinique à court terme; La surveillance portable à long terme devrait privilégier les systèmes de matériaux plaqués or ou à base de carbone pour une impédance à long terme plus stable et une meilleure biocompatibilité.
• L'impédance de contact est le premier seuil de qualité du signal.Au lieu de se concentrer uniquement sur les valeurs nominales à une seule fréquence, il convient de se concentrer sur les caractéristiques d'impédance de l'électrode dans la bande cible (où le signal efficace sEMG est concentré entre 20 et 500 Hz) lors de l'option.
• L'adhérence du revêtement et la stabilité de la déformation déterminent la fiabilité à long terme.La classe d'adhérence 5B (ASTM d3359 la plus élevée) est le seuil de processus qui garantit que les électrodes ne tombent pas lors de Pliages répétés, d'applications et d'infiltrations de sueur.
• La précision d'usinage répond aux besoins des matrices à haute densité.Les matrices sEMG à canaux élevés nécessitent une précision de structuration de l'ordre du micron et les fournisseurs qui soutiennent la production continue de bobine à bobine et le processus de revêtement de précision doivent être sélectionnés.

Vi. Conclusion

L'essence de l'électrode flexible myoélectrique est d'établir un canal de signal stable, à faible bruit et respectueux de la biologie entre l'électronique rigide et la peau douce et dynamique. Il adapte les propriétés mécaniques de la peau avec un substrat flexible, garantit la qualité du signal avec une couche conductrice à base d'or / argent / carbone, convertit l'inertie chimique du matériau en une performance fiable à long terme avec des processus de prétraitement plasma et de placage pulsé - les quatre travaillent ensemble pour répondre à une question d'ingénierie centrale: comment rendre les électrodes aussi douces que la peau tout en comprenant le langage des muscles.

Le changement de paradigme de l'électrode humide à l'électrode sèche flexible reflète la nécessité de passer de la « détection clinique à court terme» à la « surveillance quotidienne à long terme» de la technologie sEMG. Comprendre les contraintes mutuelles entre les quatre grandes propositions d'ingénierie, les limites de performance des différents systèmes de matériaux de revêtement, et le rôle décisif du processus de revêtement sur la fiabilité à long terme des électrodes - ce sont les clés de la mise à niveau des électrodes flexibles électromyoélectriques d'un « type de pièce de capteur» à une « Décision d'ingénierie».