Capteur portable multimodal détectant les toxines environnementales gazeuses, en aérosol et aqueuses, et alertant l’utilisateur par des signaux haptiques spécifiques. Image : Baha Erim Uzunoğlu
Des chercheurs ont créé un patch portable capable de détecter les dangers environnementaux – tels que les gaz dangereux ou les métaux lourds dans l’eau – et d’en avertir l’utilisateur par vibration. Ils ont également étendu leurs travaux à la création d’une « peau électronique » pour les dispositifs robotiques, permettant ainsi aux robots de détecter et d’éviter les dangers de leur environnement.
« Il existe déjà des capteurs capables de détecter les risques environnementaux et d’envoyer des notifications sur votre téléphone ; nous souhaitions aller plus loin », explique Erim Uzunoğlu, premier auteur d’un article sur ces travaux et doctorant à l’Université d’État de Caroline du Nord. « Nos recherches poursuivaient deux objectifs. Premièrement, nous voulions miniaturiser les capteurs et les intégrer à un patch portable afin d’identifier tout risque potentiel pour l’utilisateur. »
« Deuxièmement, en cas de contact avec une substance dangereuse, il est essentiel d’en être informé au plus vite. Or, si la notification est envoyée sur votre téléphone, vous risquez de ne pas la consulter immédiatement. C’est pourquoi nous avons intégré une technologie haptique au patch : il vibrera dès la détection du danger, permettant ainsi une réaction rapide face à la menace potentielle. »
Pour cette étude, les chercheurs ont créé un patch carré légèrement plus petit qu’un permis de conduire. Ce patch contient un microcontrôleur qui lui sert de cerveau ; une batterie miniature ; des capteurs pour détecter six risques environnementaux ; et un minuscule actionneur faisant office de moteur haptique qui vibre au contact de la peau. L’extérieur du patch intègre également un réseau de cellules photovoltaïques en couches minces, permettant ainsi au dispositif de capter l’énergie solaire lorsqu’il est porté.
« Le simple fait d’entendre un moteur vibrer ne suffit pas ; il faut le ressentir », explique Oluwatobi Ojuade, co-auteur de l’article et doctorant à l’Université d’État de Caroline du Nord. « Nous avons donc conçu de minuscules surfaces texturées qui se placent à l’interface entre le moteur et la peau, un peu comme un motif de petites bosses. En modifiant la taille et l’espacement de ces bosses, nous avons pu contrôler la perception des vibrations sur la peau. Cela nous a permis d’affiner la sensation pour qu’elle attire réellement l’attention, au lieu d’être perçue comme une légère vibration qu’on pourrait manquer. »
L’appareil déclenche également une « séquence haptique », ou motif de vibration, différente pour chaque danger détecté. Cela permet aux utilisateurs de déterminer le danger environnemental dont ils doivent être conscients.
« Lors des tests de validation de principe, nous avons constaté que le dispositif détectait efficacement les substances dangereuses et déclenchait immédiatement la réaction haptique », explique Uzunoğlu. « Nous avons également constaté que la technologie de récupération d’énergie prolongeait considérablement l’autonomie de la batterie. Associée à la faible consommation des capteurs, elle permet au dispositif de fonctionner pendant environ 24 heures. »
Au cours de la mise au point du patch, les chercheurs se sont demandé s’il serait possible d’étendre le concept aux dispositifs robotiques, permettant ainsi aux robots de détecter les dangers de leur environnement et d’y réagir. C’est ainsi qu’est né ce qu’ils appellent la peau électronique.
La peau électronique consiste essentiellement à superposer le capteur sur une couche de matériau piézoélectrique. Lorsque le capteur détecte un danger et déclenche une réponse haptique, la vibration résultante contre la couche piézoélectrique crée un signal électrique détectable par le robot.
Lors des tests de validation de principe, la peau électronique a permis à des robots quadrupèdes de détecter les dangers et de modifier leurs itinéraires pour les éviter.
« Le patch et la peau électronique sont principalement composés de composants standard, avec très peu d’éléments conçus sur mesure », explique Amay Bandodkar, co-auteur de l’article et professeur adjoint de génie électrique et informatique à l’université d’État de Caroline du Nord. « Cela devrait faciliter le déploiement à grande échelle de cette technologie. De plus, le concept est extrêmement flexible : le réseau de capteurs est modulaire, ce qui permet d’ajouter ou de retirer des capteurs pour surveiller les risques les plus pertinents pour l’application. »
« Il est fascinant de constater que nous pouvons encoder des signaux tactiles dans des matériaux aux propriétés différentes, une chose qui s’avérait très complexe par le passé, notamment dans des situations réelles où les utilisateurs seraient amenés à porter le dispositif », explique Lilian Hsiao, co-auteure de l’étude et professeure associée de génie chimique et biomoléculaire à l’Université d’État de Caroline du Nord. « Concevoir un dispositif portable, doté de capacités de détection sophistiquées et capable d’alerter l’utilisateur, est un objectif que nous poursuivons depuis longtemps. »
https://news.ncsu.edu/2026/07/wearable-patch-vibrates-when-it-detects-environmental-hazards
