Des ondes sonores pour un t-shirt intelligent
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Les nouveaux textiles intelligents des chercheurs de l'ETH Zurich utilisent des ondes acoustiques et des fibres optiques pour permettre des mesures précises. Légers, respirants et peu coûteux, ils offrent un grand potentiel pour la médecine, le sport et la vie quotidienne.
| En bref - Des chercheurs de l'ETH Zurich ont développé des textiles intelligents qui utilisent des ondes acoustiques au lieu de l'électronique pour mesurer avec précision le toucher, la pression et les mouvements. - Les textiles dits sono fonctionnent avec des fibres de verre qui conduisent les ondes sonores ; grâce à différentes fréquences, le traitement des données est efficace. - Les applications possibles vont de la surveillance de la respiration chez les patients asthmatiques à la traduction de la langue des signes, en passant par l'amélioration des mouvements dans le sport. |
Imaginez que vous portiez un t-shirt qui mesure votre rythme respiratoire ou des gants qui traduisent les mouvements de vos mains en commandes pour l'ordinateur. Des chercheurs de l'ETH Zurich, sous la direction de Daniel Ahmed, professeur de robotique acoustique pour les sciences de la vie et de la santé, ont jeté les bases de tels textiles intelligents.
Contrairement à de nombreux développements réalisés jusqu'à présent dans ce domaine, qui utilisent généralement l'électronique à cet effet, les chercheurs de l'ETH misent sur des ondes acoustiques guidées par des fibres optiques. Cela rend les mesures plus précises et les textiles plus légers, plus respirants et plus faciles à laver. "De plus, ils sont peu coûteux, car nous utilisons des matériaux facilement accessibles, et la consommation d'électricité est très faible", explique Ahmed.
Des capteurs acoustiques dans le tissu
Les chercheurs ont baptisé leur développement "textiles sono". Ils ont transformé des tissus ordinaires en capteurs intelligents qui réagissent au toucher, à la pression et aux mouvements. "Il y avait déjà eu des recherches sur les textiles intelligents basés sur l'acoustique, mais nous sommes les premiers à avoir testé les fibres de verre en combinaison avec des signaux utilisant différentes fréquences", explique Yingqiang Wang, premier auteur de l'étude publiée dans la revue spécialisée Nature Electronics publiée dans le cadre d'une étude.
Les chercheurs ont tissé des fibres de verre à travers le tissu à intervalles réguliers. À l'une de leurs extrémités se trouve un petit émetteur qui émet des ondes sonores. L'autre extrémité de toutes les fibres optiques débouche sur un récepteur qui mesure si les ondes ont changé.
Chaque émetteur fonctionne à une fréquence différente. Il est ainsi possible de savoir, avec peu de puissance de calcul, sur quelle fibre optique les ondes sonores ont changé. Jusqu'à présent, les textiles intelligents étaient souvent confrontés à des problèmes de surcharge de données et de traitement des signaux, car chaque emplacement de capteur devait être évalué séparément. "À l'avenir, les données pourraient être envoyées directement à un ordinateur ou à un smartphone en temps réel", explique Daniel Ahmed.
Les fibres de verre sont tissées à intervalles réguliers à travers le tissu (à gauche). Un émetteur (T) transmet des ondes acoustiques à travers les fibres de verre, tandis que le récepteur (R) mesure les ondes à l'autre extrémité. Intégration de sono-textiles pour la fabrication de T-shirts intelligents (à droite). (Graphique : Yingqiang Wang / ETH Zurich)
Lorsqu'une fibre optique est déplacée, la longueur des ondes acoustiques qui la traversent change, car elles perdent de l'énergie. Dans le cas d'un T-shirt, cela peut être dû aux mouvements du corps ou à la respiration. "Nous avons utilisé des fréquences d'environ 100 kilohertz dans le domaine des ultrasons - bien en dehors du domaine auditif humain, qui se situe entre 20 hertz et 20 kilohertz", souligne Yingqiang Wang.
La longueur d'onde dans les fibres de verre change dès qu'elles sont touchées ou pliées. (Graphique : Yingqiang Wang / ETH Zurich)
Une utilisation polyvalente
Les chercheurs ont démontré en laboratoire que leur concept fonctionne. À l'avenir, les textiles sono pourraient être utilisés dans différents domaines : Sous forme de chemise ou de t-shirt, ils pourraient surveiller la respiration des patients asthmatiques et les avertir en cas d'urgence.
Le tissu reste élastique malgré la présence de fibres de verre tissées. Les ondes sonores mesurent quand quelqu'un inspire et expire. (Vidéo : Daniel Ahmed / ETH Zurich)
Dans le cadre de l'entraînement sportif et du suivi des performances, les sportifs pourraient obtenir une analyse en temps réel de leurs mouvements afin d'optimiser leurs performances et de prévenir les blessures. Les textiles offrent également un potentiel pour la langue des signes : des gants dotés de cette technologie pourraient traduire simultanément les mouvements de la main en texte ou en parole. Ils pourraient en outre être utilisés dans des environnements de réalité virtuelle ou augmentée.
"Les textiles sono pourraient même mesurer la posture d'une personne et, en tant que technologie auxiliaire, améliorer sa qualité de vie", ajoute Chaochao Sun, également premier auteur de l'étude. Les personnes qui souhaitent améliorer leur posture pourraient ainsi recevoir un feedback ciblé afin de corriger les mauvaises postures. Même en fauteuil roulant, les textiles pourraient indiquer quand il est nécessaire de se déplacer afin de prévenir les escarres.
Même si l'aptitude à l'utilisation quotidienne des sono-textiles est potentiellement très élevée, Ahmed ajoute qu'il existe encore un potentiel d'amélioration en vue de l'application pratique. Les fibres de verre utilisées comme conducteurs sonores étaient idéales en laboratoire, mais elles peuvent éventuellement se briser dans la vie quotidienne. "Ce qui est bien, c'est que nous pouvons facilement remplacer les fibres de verre par du métal. Le son se propage aussi efficacement à travers le métal", explique Daniel Ahmed, qui ajoute : "Nous souhaitons étendre nos recherches dans cette direction et aussi à d'autres applications". Les chercheurs veulent ensuite rendre le système plus robuste et examiner comment mieux intégrer l'électronique dans les textiles.
Auteur: Deborah Kyburz, Service de communication des hautes écoles
Référence bibliographique
Wang Y, Sun Ch, Ahmed D : SonoTextiles : smart acoustic textiles for health monitoring, Nature Electronics (2025), DOI : page externe10.1038/s41928-025-01386-2