La technologie électrotactile améliorée permet une sensation tactile uniforme sur tous les écrans
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Une technologie de mise en œuvre haptique virtuelle qui permet à tous les utilisateurs de ressentir la même sensation tactile a été développée. Une équipe de recherche dirigée par le professeur PARK Jang-Ung du Centre de nanomédecine de l'Institut des sciences fondamentales (IBS) et le professeur JUNG Hyun Ho du département de neurochirurgie de l'hôpital Severance, en Corée du Sud, a développé une technologie qui fournit des sensations tactiles cohérentes sur les écrans.
La technologie de mise en œuvre haptique virtuelle, également connue sous le nom de technologie de rendu tactile, fait référence aux méthodes et systèmes qui simulent le sens du toucher dans un environnement virtuel. Cette technologie vise à créer la sensation d'un contact physique avec des objets virtuels, permettant aux utilisateurs de « ressentir » des textures, des formes et des forces comme s'ils interagissaient avec des éléments du monde réel, même si les objets sont numériques. Cette technologie est de plus en plus utilisée dans les domaines de la réalité virtuelle (RV) et de la réalité augmentée (RA), où elle est utilisée aux côtés d'indices visuels et auditifs pour combler le fossé entre les mondes virtuel et physique.
Les systèmes électrotactiles, qui génèrent des sensations tactiles par stimulation électrique plutôt que par vibrations physiques, apparaissent comme des technologies de rendu tactile prometteuses de nouvelle génération. La sensation du toucher est transmise par des mécanorécepteurs, des cellules sensorielles tactiles situées dans la peau qui transmettent des informations tactiles au cerveau sous forme de signaux électriques. Les systèmes électrotactiles génèrent artificiellement ces signaux électriques, simulant ainsi le sens du toucher. Des expériences tactiles précises et variées peuvent être créées en ajustant la densité et la fréquence du courant.
Malgré leur potentiel, les technologies électrotactiles existantes sont confrontées à des défis, notamment en matière de sécurité et de cohérence. Les variations de pression de contact avec la peau peuvent entraîner des sensations tactiles instables, et l'utilisation de courants élevés soulève des problèmes de sécurité. Pour résoudre ces problèmes, l'équipe de recherche de l'IBS a développé un actionneur électrotactile à interférence étalonnable en pression transparente (TPIEA).
Le TPIEA comprend deux composants principaux : une section d'électrodes chargée de générer des sensations électrotactiles et une section de capteur de pression qui s'ajuste à la pression des doigts. Les chercheurs ont considérablement réduit l'impédance de l'électrode en appliquant des nanoparticules de platine sur une électrode à base d'oxyde d'étain et d'indium. Cela a non seulement réduit l'impédance par rapport aux électrodes conventionnelles, mais a également permis d'obtenir une transmittance élevée d'environ 90 %. Le capteur de pression intégré garantit aux utilisateurs un retour tactile cohérent, quelle que soit la manière dont ils touchent l'écran.
De plus, l'équipe de recherche a réalisé un test de potentiel évoqué somatosensoriel (SEP) pour quantifier les sensations tactiles. En examinant les réponses du système somatosensoriel de l'utilisateur aux variations du courant et de la fréquence de la stimulation électrotactile, ils ont pu différencier et normaliser quantitativement les sensations tactiles. L'équipe a mis en œuvre avec succès plus de neuf types distincts de sensations électrotactiles, allant de celles ressemblant à des cheveux à celles ressemblant à du verre, en fonction de la densité du courant et de la fréquence de la stimulation électrique. L'équipe a en outre démontré que le TPIEA pouvait être intégré aux écrans des smartphones pour produire de manière fiable des motifs tactiles complexes.
De plus, la recherche a introduit des phénomènes d’interférence dans le domaine de la technologie électrotactile. Le phénomène d’interférence concerne les altérations de fréquence et d’amplitude qui se produisent lorsque deux champs électromagnétiques se chevauchent. Cela a permis aux chercheurs de provoquer la même intensité de sensation électrotactile avec une densité de courant 30 % inférieure à celle requise auparavant et d’obtenir une amélioration d’environ 32 % de la résolution tactile. Cette recherche démontre le niveau de résolution tactile le plus élevé parmi les technologies électrotactiles actuelles, y compris la combinaison Teslasuit.
Le chercheur principal PARK Jang-Ung a déclaré : « Grâce à cette technologie électrotactile, nous pouvons intégrer efficacement les informations visuelles des écrans avec les informations tactiles », et a ajouté : « Nous prévoyons que les résultats de cette recherche amélioreront considérablement l'interaction entre les utilisateurs et les appareils dans diverses applications de réalité augmentée, de réalité virtuelle et d'appareils intelligents basées sur la stimulation par interférence. »
Cette recherche a été menée en collaboration avec des collègues de l'hôpital Severance de l'université Yonsei. Elle a été publiée dans Nature Communications le 21 août 2024.
Figure 1. Sensation tactile constante grâce à l'étalonnage de la pression
Les variations de l'intensité tactile électrique en fonction de la densité de courant sont examinées dans des conditions de compensation de pression et en son absence. En l'absence de compensation de pression, aucun motif discernable n'émerge dans les sensations tactiles rapportées par les utilisateurs. Inversement, lorsque la pression est uniformément compensée, les altérations des sensations tactiles se manifestent de manière cohérente. Il est évident que lorsque la pression exercée par les doigts est importante, une intensité accrue de la sensation tactile est perçue même à des niveaux de courant plus faibles.
Figure 2. Intégration du TPIEA à l'écran du smartphone
Le TPIEA fabriqué a été intégré dans un écran transparent pour fournir des informations tactiles correspondant à la vidéo. Lorsque le TPIEA fonctionne, la détection de pression se produit simultanément et les informations tactiles correspondant à la vidéo sont transmises, permettant aux utilisateurs de percevoir le roulement d'une balle grâce à des sensations électrotactiles virtuelles mises en œuvre au bout de leurs doigts, même lorsqu'ils ont les yeux bandés.
Figure Figure 3. Principe de la technologie électrotactile et localisation de la stimulation par ondes interférentielles générées par des phénomènes d'interférence
Grâce à la stimulation par interférence, un courant de grande amplitude peut être généré, facilitant la stimulation dans les zones dépourvues d'électrodes. La technique de mise en œuvre à haute résolution des formes de flammes présentée ci-dessus peut être obtenue dans un réseau de dispositifs tactiles électriques. En combinant stratégiquement la stimulation par interférence avec une stimulation unique, il est possible de créer des formes complexes, telles que des flammes, au bout des doigts.