Des chercheurs intègrent le premier écran tactile au monde dans un vêtement.
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Des chercheurs du Collège de design et d’ingénierie (CDE) de l’Université nationale de Singapour ont développé une fibre qui fonctionne comme des pixels et détecte le toucher en même temps, en intégrant 54 d’entre eux dans une manche pour créer le premier écran tactile au monde intégré à un vêtement.
Ces fibres permettent de réaliser les mêmes fonctions que les premiers smartphones. L’écran de 96 x 54 pixels peut faire fonctionner une calculatrice, afficher une galerie photo, lire une vidéo, servir de boussole, répondre aux commandes vocales, recevoir des images via Bluetooth, et même mesurer et afficher la température corporelle. Crédit : Université nationale de Singapour
Ce manchon permet d’afficher des images et des vidéos, réagit aux pressions des doigts et se connecte sans fil à d’autres appareils, tout en restant aussi lavable, respirant et souple qu’un vêtement ordinaire. L’invention de cette équipe permet de créer des vêtements qui servent d’interface directe entre les données de santé de l’utilisateur et ses appareils numériques, sans écran rigide.
Les écrans que nous connaissons bien, comme ceux des téléphones et des ordinateurs portables, présentent généralement des interfaces graphiques (GUI) sur des panneaux plats et rigides qui affichent des informations et permettent l’interaction. Les textiles, tissés à partir de fibres unidimensionnelles, n’ont jamais égalé cette capacité. Un écran tactile couleur, enfilable comme du fil, était, jusqu’à présent, hors de portée.
« Ce qui a rendu cela possible, c’est notre capacité à construire le système d’interface graphique à partir de blocs de construction électroniques sous forme de fibres — semblables aux fils traditionnels, mais avec des fonctionnalités électroniques sophistiquées intégrées directement dans les fibres », a déclaré le professeur adjoint Khudiyev.
L’équipe, dirigée par le professeur adjoint Tural Khudiyev du département de science et d’ingénierie des matériaux du CDE, a publié ses résultats dans la revue Nature .
Présentation de l’interface graphique pour vêtements. Crédit : NUS
Interconnexion de milliers de puces le long d’un fil
Pour concevoir un présentoir textile utilisant la fibre optique, l’équipe de l’Université nationale de Singapour (NUS) a mis au point une méthode programmable qui crée des points de connexion le long de minuscules fils isolés, précisément là où chaque microprocesseur en a besoin. Un laser révèle ces emplacements, tandis qu’un mouillage contrôlé de la surface guide la soudure fondue pour se fixer uniquement aux points programmés. Grâce à cette technique, l’équipe a pu intégrer plus de 5 000 puces via plus de 20 000 connexions électriques.
La bande de LED numériques interconnectées a ensuite été intégrée à une fibre multicouche par étirage thermique , permettant la formation précise des couches tactiles et de pixels au sein d’un fil d’un millimètre d’épaisseur seulement et de 10 mètres de long. Une couche située sous les LED détecte le toucher : une pression sur la fibre ferme un circuit, et le signal indique précisément l’emplacement du doigt afin que le pixel le plus proche s’allume.
« La géométrie unidimensionnelle et à symétrie axiale d’une fibre optique rend difficile la réalisation de circuits complexes à l’aide des approches développées pour l’électronique bidimensionnelle conventionnelle », a ajouté Khudiyev. « Nous avons surmonté cette limitation grâce à une nouvelle architecture d’interconnexion qui permet d’intégrer et d’interconnecter des milliers de dispositifs microélectroniques le long d’une fibre. »
Une couche située sous les LED détecte le toucher et illumine le pixel le plus proche lorsqu’on appuie sur la fibre. Crédit : Université nationale de Singapour
Au-delà de l’écran tactile : vos applications à portée de main
Dans le prototype de l’équipe, 54 fibres optiques, chacune contenant 96 LED, étaient intégrées à l’avant-bras d’une manche pour former un écran de 96 x 54 pixels mesurant 168 mm x 105 mm, avec une fréquence de rafraîchissement de 30 images par seconde et une profondeur de couleur de 8 bits. Chaque fibre possède son propre canal de contrôle ; ainsi, une panne sur une fibre n’affecte pas le fonctionnement des fibres voisines, et le système peut enregistrer plusieurs interactions tactiles simultanément.
Parallèlement aux fibres de pixels, l’équipe a intégré des fibres périphériques fabriquées de la même manière, transportant un microphone, un haut-parleur et des capteurs qui suivent les mouvements, trouvent le nord magnétique, mesurent la température et évaluent la luminosité ambiante.
Ensemble, ces fibres permettent de réaliser les fonctions des premiers smartphones : utiliser une calculatrice, afficher une galerie photo, lire une vidéo à 30 images par seconde (25 images par seconde avec audio synchronisé), servir de boussole, répondre aux commandes vocales et recevoir des images via Bluetooth. Elles peuvent même faire pivoter l’écran et ajuster automatiquement sa luminosité. Placée sous le bras, la fibre thermosensible permet à la manche de mesurer et d’afficher la température corporelle.
Le vêtement conserve les propriétés d’un tissu. La luminosité et la réactivité tactile sont restées quasiment inchangées après 50 lavages en machine à laver classique et après 1 000 flexions dans un rayon de 5 mm. De plus, l’écran intégré est aussi respirant que le coton, le polyester et le denim, et respecte les normes de sécurité établies pour le contact avec la peau.
Les vêtements comme interface
Des microprocesseurs plus petits et des fibres plus fines, compatibles avec la méthode de l’équipe, ouvrent la voie à des écrans plus nets et plus grands. De plus, comme les éléments d’affichage et de détection sont disposés le long de la fibre, ces fibres plus fines peuvent être tricotées, tissées et brodées à l’aide de machines industrielles standard. Cette même technologie pourrait un jour remplir d’autres fonctions, telles que le suivi des paramètres de santé et la fourniture d’un retour d’information tactile.
« Le secteur de la santé représente une application particulièrement prometteuse », a déclaré Khudiyev. « Un vêtement pourrait collecter en continu des informations physiologiques grâce à des capteurs intégrés aux fibres et permettre à celui qui le porte d’y accéder et d’interagir directement avec elles. Associée à l’intelligence artificielle (IA), cette technologie pourrait permettre un suivi de santé personnalisé, des retours d’information et une assistance adaptés. »
« De même que les smartphones ont permis le développement d’applications difficiles à imaginer lors de leur apparition, les interfaces graphiques pour vêtements pourraient à terme permettre des applications entièrement nouvelles qui n’existent pas encore. »
Et ensuite ?
La prochaine étape pour l’équipe de recherche est de perfectionner l’écran tactile textile, en visant une résolution plus élevée, une détection intégrée et une intelligence artificielle embarquée, réunissant ainsi affichage, toucher, détection et intelligence au sein d’une même plateforme textile.
Cette convergence pourrait étendre considérablement la technologie, bien au-delà d’un simple écran portable, pour aboutir à des vêtements capables de comprendre à la fois celui qui les porte et son environnement, en fournissant des informations ou une interaction au moment et à l’endroit opportuns.
Les chercheurs développent actuellement une nouvelle interface entre les personnes et l’intelligence numérique, une interface qui va au-delà de l’appareil que les utilisateurs portent pour devenir une partie intégrante de leurs vêtements.