Les avancées technologiques majeures surviennent souvent lorsque plusieurs disciplines établies se combinent avec une ou plusieurs nouvelle(s) technologie(s). Lorsqu'une nouvelle technologie résout des problèmes anciens, des niveaux plus élevés de fonctionnalité sont permis. Le moteur à combustion interne est un bon exemple. Il a su combiner les génies chimique et mécanique, la dynamique des fluides, et la compréhension relative du génie électrique alors balbutiant pour créer un moteur à carburant fiable qui a changé la société.
Il est intéressant de noter que ces avancées majeures de la technologie précèdent un besoin urgent et/ou les avertissements de nombreux pessimistes apocalyptiques. Depuis des générations, on nous disait qu'il ne nous serait pas possible de faire face à un niveau critique de population, mais les progrès en matière d'énergie, de production alimentaire, d'infrastructures civiques, de services et de médicaments n'ont pas seulement permis d'absorber ces niveaux, mais ils nous emmènent vers la prochaine étape.
L'association des nouvelles technologies et des technologies établies va une fois de plus changer les paradigmes des possibilités. Les systèmes de gestion des microfluides, qui utilisent les systèmes microélectromécaniques (MEMS), sont une technologie relativement nouvelle qui a démontré sa capacité de produire en masse de minuscules moteurs électromécaniques, des leviers, des engrenages, des charnières, et des capteurs (Figure 1). Comme ce fut le cas des premiers circuits intégrés, ces fonctions de première génération sont simples et les densités ont été relativement faibles tandis que la technologie progresse régulièrement. Il n'est pas rare de rencontrer des MEMS discrets dans des fonctions telles que les dissolvants microscopiques, les mélangeurs, les dispersants, les vannes et les multiplexeurs de voies utilisés aujourd'hui dans des applications relativement simples.
Cependant, comme avec la plupart des appareils électroniques, les capacités et les densités s'améliorent par rapport à la première génération, et cela se produit souvent très rapidement. Les circuits et processus fluides ne sont pas bons tant qu'un échantillon n'est pas correctement préparé et prêt à subir des tests. Il devient pratiquement impossible pour les humains d'accomplir avec précision ces tâches à nanoéchelle, mais c'est très possible pour des micromachines.
Cette nécessaire fonction de deuxième génération a été fabriquée et démontrée ; elle est prête pour les heures de grande écoute. Ces nouveaux outils, appelés Media Mills, sont fabriqués par des micromachines et sont capables de préparer, broyer, cisailler, mélanger, filtrer et disperser des échantillons, mais aussi de créer des instruments de manipulation de nanoparticules destinés à la fabrication des produits pharmaceutiques de nouvelle génération, à la biotechnologie, et aux alicaments (aliments contenant des additifs aux vertus médicinales).
Ceci nous ouvre un grand nombre de portes qui peuvent et vont être utilisées dans une variété de domaines et disciplines. Ces machines de petite taille (timbre-poste) de faible puissance et à faible coût peuvent être utilisées pour échantillonner les taux de sucre dans le sang, par exemple, et collaborer avec des pompes à perfusion pour créer une régulation en temps réel pour les diabétiques. Il ne s'agit que l'une des possibilités qui s'ouvrent lorsque les technologies implantables chargées de cibler et détecter des déséquilibres chimiques spécifiques se combinent avec des technologies modernes à base de microcontrôleurs à faible puissance et signal mixte (et DSP).
De tels dispositifs peuvent également être implantés sur les individus qui doivent prendre des médicaments antipsychotiques. Il a été démontré que de nombreux crimes tragiques et évitables surviennent lorsque des gens qui doivent suivre un traitement médicamenteux oublient de le prendre. Grâce à cette technologie, il devient possible d'injecter directement dans le flux sanguin tous les médicaments qui doivent être pris quotidiennement au bon moment et sans recourir à des comprimés ou des injections.
Parmi les autres pièces du puzzle qui peuvent concorder, citons les communications sans fil et la récupération d'énergie. Elles permettent aux dispositifs médicaux implantables de générer des rapports relatifs à la condition, de consigner des données, et d'être réglés à distance (peut-être même à l'autre bout du monde) par un médecin qui peut utiliser l'infrastructure en cloud pour surveiller la santé et faire les ajustements nécessaires.
Comme cette technique relativement nouvelle s'ajoute aux boîtes à outils auxquelles les chercheurs ont désormais accès, elle se combine rapidement avec d'autres technologies assez récentes ainsi qu'avec de plus anciennes, bien établies, mais en constante amélioration. Par exemple, les techniques de micro-usinage rivalisent avec les techniques de dépôt comme étant une alternative concurrentielle de fabrication
Juste au bon moment
Combinée avec d'autres technologies vitales nouvelles, cette technologie arrive peut-être au bon moment. Par exemple, la capacité relativement récente de fabriquer des DEL et des lasers ultraviolets dans le silicium a ouvert la porte aux processeurs génétiques capables d'accepter des échantillons contenant de l'ADN et de les rendre fluorescents pour révéler leur structure interne. Ceci permet d'obtenir un système d'identification génétique capable d'utiliser des cellules de la peau exfoliées librement pour vérifier une identité. Au lieu d'une signature sur un relevé de carte de crédit (qui peut être facilement falsifié), ou de la saisie inutile d'informations faciles à obtenir (comme un code postal), un vrai système de vérification plus difficile à falsifier peut faciliter la détection et l'élimination de la fraude.
De même, les ramifications sont potentiellement énormes dans le domaine de l'application de la loi. Sur les scènes de crimes, les enquêteurs peuvent utiliser les laboratoires de poche pour traiter des échantillons, créer des codes d'indexation de marqueurs génétiques (qui peuvent être utilisés pour consulter une base de données), et fournir des informations cruciales dont la production demande souvent quelques jours. Ceci pourrait permettre l'application des lois en prenant des décisions beaucoup plus rapides à l'encontre d'un suspect.
L'application la plus répandue de cette technologie pourrait être la pose de dispositifs médicaux implantables en temps réel. Dans un monde où nous sommes en contact permanent avec des milliers de substances et agents « probablement cancérigènes », la détection en temps réel de cellules cancéreuses et la neutralisation technologique de ces cellules pourraient apparaître dans un avenir assez proche.
Les organismes de surveillance de la santé, tels que le CDC, le NIH, l'AMA, et d'autres ont déjà prévu une hausse de 20 pour cent des taux de cancer au cours des 20 prochaines années. Avec les milliers de composés non testés auxquels nous sommes exposés quotidiennement, que ce soit par ingestion, inhalation ou simple contact, nous avons tous été exposés à des agents cancérigènes connus et « probables ». Des antioxydants découverts et ciblés en temps réel, par exemple, peuvent être libérés à des niveaux supérieurs en cas de détection d'un marqueur spécifique dans le sang, empêchant ainsi toute affection potentiellement mortelle de se développer. Un Kit cellulaire de tumeur en circulation est d'ores et déjà disponible pour la détection précoce. Il augmente les taux de survie des cancers du sein, de la prostate et colorectal, pour n'en nommer que quelques-uns.
Bien sûr, chaque marteau peut être utilisé pour le bien ou le mal, et cette technologie dispose également de cette capacité. Comme ils entrent dans le champ de développement des améliorations cybernétiques, l'implantation de processeurs à l'intérieur de soldats, par exemple, pourrait augmenter leurs niveaux d'adrénaline ainsi que leur force. D'autres composés et médicaments peuvent contribuer à rendre ces mêmes soldats plus conscients et perceptifs. L'injection automatique de médicaments contre la douleur pourrait leur permettre de continuer à combattre après une blessure.
Il existe d'autres préoccupations relatives au piratage à distance des dispositifs médicaux implantés chargés de distribuer des médicaments très concentrés. Le chiffrement et la sécurité sont de rigueur à tous les niveaux ou paliers des communications. Bien que la majorité des gens ne disposent pas de la capacité de pirater les dispositifs médicaux implantés dans le corps d'une personne, certains peuvent le faire. En fait, avec les technologies de ce type, il est même possible de commettre des meurtres à distance.
Vous pouvez penser qu'il s'agit là d'un scénario de science-fiction futuriste, mais nous sommes rendus beaucoup plus loin que l'on pourrait penser. Il y a dix ans, une subvention de la DARPA a conduit au développement d'une seule puce (ou dispositif à base de substrat), qui pouvait accepter un échantillon génétique, le rendre fluorescent, l'analyser, et générer un rapport sur les marqueurs génétiques clés.
Les fondements de cette technologie sont disponibles aujourd'hui pour quiconque voudrait les expérimenter. Jetez un coup d'œil sur le développement sur puce de STMicroelectronics Lab et la plate-forme de démonstration de cette technologie. L'agence pour la science, la technologie et la recherche (A*STAR) et Veredus Laboratories ont fait équipe avec ST pour fabriquer la première biopuce du marché du diagnostic moléculaire capable d'identifier 13 grandes maladies tropicales différentes à partir d'un seul échantillon de sang.
Comme nous l'avons vu avec des pandémies telles que l'épidémie d'Ebola, la détection rapide et l'arrêt de la propagation sont nos meilleures stratégies. Mais les maladies ne sont pas le seul champ d'application de cette technologie. L'impression à jet d'encre peut toujours profiter de progrès en matière de résolution et d'efficacité.