Une « peau artificielle » à base de graphène rapproche les robots d'un toucher semblable à celui de l'homme.
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Les robots sont de plus en plus performants en matière de vision et de mouvement, mais le toucher demeure l'une de leurs principales faiblesses. Des chercheurs ont mis au point un capteur tactile miniature qui pourrait leur conférer une sensation tactile bien plus proche de celle de l'être humain.
Cette technologie, mise au point par des chercheurs de l'Université de Cambridge, repose sur des composites de métal liquide et de graphène, une forme bidimensionnelle de carbone. Cette « peau » permet aux robots de détecter non seulement la force de pression exercée sur un objet, mais aussi sa direction, si l'objet glisse et même la rugosité de sa surface, avec une précision comparable à celle du bout des doigts humains. Leurs résultats sont publiés dans la revue Nature Materials .
Les doigts humains font appel à plusieurs types de mécanorécepteurs pour percevoir simultanément la pression, la force, les vibrations et la texture. Reproduire ce niveau de perception tactile multidimensionnelle dans des systèmes artificiels représente un défi de taille, notamment pour des dispositifs à la fois compacts et suffisamment robustes pour un usage pratique.
« La plupart des capteurs tactiles existants sont soit trop volumineux, soit trop fragiles, soit trop complexes à fabriquer, soit incapables de distinguer avec précision les forces normales des forces tangentielles », explique le professeur Tawfique Hasan du Cambridge Graphene Centre, qui a dirigé la recherche. « Cela a longtemps constitué un obstacle majeur à la réalisation d'une manipulation robotique véritablement précise. »
Crédit : Nature Materials (2026). DOI : 10.1038/s41563-026-02508-7
Pour surmonter cet obstacle, l'équipe de recherche a mis au point un matériau composite souple et flexible, combinant des feuilles de graphène, des microgouttelettes métalliques déformables et des particules de nickel, intégrées dans une matrice de silicone.
S'inspirant des microstructures de la peau humaine, les chercheurs ont façonné le matériau en minuscules pyramides, dont certaines ne mesurent que 200 micromètres de diamètre. Ces structures pyramidales concentrent les contraintes à leurs extrémités, permettant ainsi au capteur de détecter des forces extrêmement faibles tout en conservant une large plage de mesure.
Il en résulte un capteur tactile suffisamment sensible pour détecter un grain de sable. Comparé aux capteurs tactiles flexibles existants, ce nouveau dispositif améliore la taille et les limites de détection d'un ordre de grandeur environ.
Le capteur peut également distinguer les forces de cisaillement de la pression normale, ce qui lui permet de détecter le début du glissement d'un objet. En mesurant les signaux de quatre électrodes situées sous chaque pyramide, le capteur peut reconstruire mathématiquement et en temps réel le vecteur de force tridimensionnel complet.
Lors de démonstrations, l'équipe a intégré les capteurs à des pinces robotisées. Les robots ont pu saisir des objets fragiles, comme de fins tubes de papier, sans les écraser. Contrairement aux capteurs de force classiques, qui s'appuient sur des informations préalables concernant les propriétés de l'objet, le nouveau système s'adapte en temps réel grâce à la détection de glissement.
À des échelles encore plus petites, des réseaux de microcapteurs pourraient identifier la masse, la géométrie et la densité du matériau de minuscules sphères métalliques en analysant l'amplitude et la direction de la force. Ceci ouvre la voie à des applications en chirurgie mini-invasive ou en microrobotique, domaines où les capteurs de force classiques sont beaucoup trop volumineux.
Au-delà de la robotique, cette technologie pourrait avoir des implications majeures pour les prothèses. Les membres artificiels de pointe s'appuient de plus en plus sur le retour tactile pour offrir aux utilisateurs une sensation du toucher. Des capteurs de force 3D miniaturisés et ultrasensibles permettraient des interactions plus naturelles avec les objets, améliorant ainsi le contrôle, la sécurité et la confiance de l'utilisateur.
« Notre approche démontre qu’il n’est pas nécessaire d’avoir recours à des structures mécaniques encombrantes ou à des systèmes optiques complexes pour obtenir une détection tactile 3D haute résolution », explique le Dr Guolin Yun, auteur principal de l’étude, ancien boursier Newton International de la Royal Society à Cambridge et actuellement professeur à l’Université des sciences et technologies de Chine. « En combinant des matériaux intelligents à des structures inspirées de la peau, nous obtenons des performances remarquablement proches du toucher humain. »
Pour l'avenir, les chercheurs estiment que les capteurs pourraient être miniaturisés davantage, potentiellement sous la barre des 50 micromètres, atteignant ainsi une densité comparable à celle des mécanorécepteurs de la peau humaine. Les versions futures pourraient également intégrer la détection de la température et de l'humidité, nous rapprochant ainsi d'une peau artificielle entièrement multimodale.
À mesure que les robots quittent de plus en plus les environnements contrôlés des usines pour investir les foyers, les hôpitaux et les contextes imprévisibles du monde réel, de tels progrès dans le domaine du toucher pourraient être transformateurs, permettant aux machines non seulement de voir et d'agir, mais aussi de ressentir véritablement.
Une demande de brevet a été déposée par Cambridge Enterprise, le service d'innovation de l'université. Ces recherches ont bénéficié du soutien de la Royal Society, du Henry Royce Institute et de l'Agence pour la recherche avancée et l'invention (ARIA). Tawfique Hasan est membre du Churchill College de Cambridge.