WAVES / Electromagnétisme pour le bio-médical

Nos activités en électromagnétisme pour le bio-médical couvrent un large spectre de recherches fondamentales et appliquées qui s’étend de la modélisation multi-physique et multi-échelle aux développements de technologies innovantes pour les réseaux corporels sans fil. Ces travaux ont été à l’origine de plusieurs innovations majeures en bioélectromagnétisme et en réseaux corporels sans fil (par ex. premiers modèles expérimentaux de tissus humains en ondes millimétriques, nouveau concept de fantômes planaires, nouvelle techniques de caractérisation multi-physique des matériaux de type Debye, antennes textiles innovantes pour vêtements intelligents, antennes implantables ultra-robustes en bande UHF, première chambre réverbérante pour l’exposition animale en ondes millimétriques). Actuellement nos travaux de recherche s’orientent selon deux axes complémentaires : (1) Modélisation des interactions bioélectromagnétiques, (2) Bioélectronique et implants communicants autonomes.

Bioélectronique et implants communicants autonomes

Animateur : Denys NIKOLAYEV

La bioélectronique implant autonome offre des capacités puissantes en médecine de précision et en recherche clinique. Cependant, les solutions existantes de transmission de données et d'alimentation sans fil restent souvent inefficaces, ce qui représente un verrou majeur en biotélémétrie, en interfaces neuronales sans fil et en électroceutique. L’enjeu scientifique de cet axe est de contribuer à l’étude du fonctionnement robuste et à haut débit, entièrement sans fil, des implants biomédicaux miniatures autonomes. L’enjeu technique majeur concerne le rendement des antennes implants qui est par nature extrêmement bas (< 0.1%). Ceci est lié aux propriétés des milieux biologiques (forte hétérogénéité, dispersion et pertes très élevées) ainsi qu’aux contraintes de miniaturisation et d'intégration. En ce qui concerne la source d'alimentation de ces dispositifs, l’approche la plus utilisée aujourd’hui consiste à s’appuyer sur des piles électriques ou des fils percutanés. Cependant, toute batterie, avec une durée de vie limitée, augmente inévitablement l’encombrement. Par ailleurs, les liaisons percutanées sont susceptibles de subir des problèmes d'infection et de fiabilité. L’alimentation sans fil pourrait fournir l'énergie pour des durées très longues sans risque d'infection et sans nécessité d’intervention chirurgicale pour remplacer les piles. Les deux objectifs principaux de cet axe sont (1) d'étudier numériquement et expérimentalement le problème fondamental de rayonnement non déterministe des implants communicants dans un environnement biologique et (2) de développer des solutions efficaces pour la transmission des données et l'alimentation sans fil. Plus précisément, il s’agit de développer et d’optimiser une nouvelle génération d'antennes multi-bande présentant une adaptation d'impédance indépendante de l’environnement biologique et apte à former un/des faisceaux directifs. Par ailleurs, nous travaillions sur le problème de la synthèse et de la caractérisation expérimentale des réseaux d’antennes flexibles et conformes au corps pour le transfert d’énergie sans fil veillant à minimiser l’exposition d’utilisateurs.

Modélisation des interactions bioélectromagnétiques

Animateur : Maxim ZHADOBOV

Étant donné le développement exponentiel des nouvelles technologies sans fil (5G, réseaux corporels sans fil, objets communicants et IoT) et l’apparition de nouveaux usages, il est fondamental d’étudier les interactions entre les champs électromagnétiques et le vivant (dosimétrie à l’échelle micro et macroscopique, modèles numériques et expérimentaux, réduction des niveaux d’exposition, étude de l’impact biologique potentiel). L’objectif de cet axe est d’étudier les interactions électromagnétiques en considérant des modèles numériques de complexité croissante - d’une cellule élémentaire aux tissus - afin de développer de nouveaux modèles numériques et expérimentaux pour l’analyse réaliste et précise du couplage antenne / corps notamment en ondes millimétriques (5G) et en bande HF (technologies émergentes de transfert d’énergie sans fil). Les modèles développés sont validés expérimentalement à l’aide des moyens technologiques du plateau technique Bioelectromagnétisme. Nous nous focalisons principalement sur les bandes de fréquences et sur les types de signaux encore peu explorés aujourd’hui du point de vue interactions ondes / vivant. Les résultats de ces travaux permettent non seulement de contribuer à une meilleure connaissance des expositions liées aux futures applications sans fil, mais aussi d'améliorer leur biocompatibilité (réduction des niveaux d'exposition, optimisation de l'efficacité, etc.).

Projets de recherche en cours

Realistic near-field assessment of adults and children exposure in V-band 5G scenarios (NEAR 5G)

ANSES (2018-2022)

New dosimetric method for exposure assessment at mm waves

SATT Ouest Valorisation (2020 - 2022)

Environnement EM du futur et vivant

CPER SOPHIE / STIC & ONDES (2016-2021)

Rewiring dysfunctional brain circuits with personalized stimulation (PKSTIM)

Labex CominLabs (2020-2023)

Fréquences Intermédiaires et stress Génotoxique (FIGé)

ANSES (2017-2021)