Des batteries qui se rechargent au contact des larmes pour alimenter des lentilles de contact connectées

Après les montres, bracelets, écouteurs, lunettes et les multiples travaux concernant les vêtements connectés, les lentilles de contact intelligentes seront bientôt une réalité ! Selon une étude de Global Market Vision, les géants du numérique comme Samsung, Google et Apple seraient prêts à commercialiser les premiers modèles d’ici à 2030.

Et ils ne sont pas les seuls à s’intéresser au sujet. En 2022, la start-up américaine Mojo Vision dévoilait un prototype complet (si vous êtes sceptique, la vidéo suivante saura vous convaincre).

Malheureusement, avec la conjoncture économique difficile et après sept ans de développement sans commercialisation, l’entreprise a récemment jeté l’éponge afin de se recentrer sur la commercialisation de son composant phare : un écran MicroLED révolutionnaire qui surpasse les écrans OLED et LCD actuels.

La miniaturisation des batteries demeure un vrai défi !

Si les progrès réalisés ces dernières années sont indéniables, notamment en matière de miniaturisation, le fait est qu’il reste encore beaucoup de travail à accomplir, notamment en ce qui concerne les batteries.

D’une part, pour être utilisable sans risque, une telle batterie doit être composée de matériaux biocompatibles et non toxiques, ce qui est loin d’être le cas des batteries classiques de type lithium-ion.

D’autre part, la recharge des microbatteries est aussi un défi, car il est difficile de transférer de l’énergie électrique par le biais d’une connexion filaire miniaturisée ou d’une unité de transmission sans fil. Or, ces solutions font toutes intervenir des métaux non utilisables au contact de l’œil.

Heureusement, le monde de la recherche ne manque pas d’idées ! Plutôt que d’utiliser de l’énergie électrique pour la recharge, pourquoi ne pas exploiter directement l’énergie contenue dans les fluides de l’environnement en contact, autrement dit les larmes ?

Une batterie biorechargable par réaction enzymatique

Si la solution proposée par l’équipe du NTU Singapour peut sembler farfelue, elle est au contraire très innovante. Les chercheurs ont développé un nouveau type de batterie biocompatible composé d’un revêtement contenant du glucose capable de réagir avec les ions chlorure (Cl-) et sodium (Na+), autrement dit le sel de nos larmes.

Ici, pas de connexions filaires métalliques : c’est l’eau contenue dans ces batteries biorechargeables qui fait office de conducteur.

La méthode de fabrication de cette batterie est décrite de manière détaillée dans le papier publié dans le journal Nano Energy.

• L’anode est fabriquée à partir de polypyrrole (PPy), un polymère organique conducteur d’électricité qui possède une capacité d’autoréduction.
• La cathode est composée d’hexacyanoferrate de cuivre (CuHCFe) combiné avec l’enzyme glucose-oxydase (GOx).
• Les électrodes sont intégrées dans une lentille de contact.
• Lorsque la lentille est plongée dans une solution de larmes artificielles, elle se décharge.
• Une fois plongée dans une solution contenant du glucose, elle se recharge par bioréaction.

Quels résultats ?

Pour démontrer la pertinence de leur invention, les chercheurs ont mis au point un œil artificiel permettant de simuler le fonctionnement du dispositif.

D’après leurs résultats, la batterie de 0,5 mm d’épaisseur est capable de produire un courant de 45 µA.cm^-2, pour une puissance maximale de 201 µW.cm^-2. Cela peut paraître peu, mais c’est suffisant pour alimenter de nombreux dispositifs portables.

Tout cela n’est encore qu’expérimental, mais ce type d’invention permet d’imaginer de nouvelles façons de concevoir les microbatteries.

Dans un communiqué de presse, le Professeur Associé Murukeshan Vadakke Matham, spécialisé en optique biomédicale et nanométrique, et qui n’a pas participé à l’étude, souligne l’importance de ces travaux : « Comme cette batterie est basée sur le glucose-oxydase, qui existe naturellement chez l’homme, et qu’elle est alimentée par les ions chlorure et sodium présents dans nos larmes, elle devrait être compatible et adaptée au corps humain.

Par ailleurs, l’industrie des lentilles de contact intelligentes recherche une batterie fine, biocompatible et sans métaux lourds. Cette invention pourrait donc contribuer à son développement et répondre à certains besoins non satisfaits. »