La rétroaction haptique avancée donne une touche réaliste à la technologie

La plupart des interfaces haptiques aujourd’hui sont limitées à des vibrations simples. Alors que les affichages visuels et les systèmes audio ont continué à progresser, ceux qui utilisent notre sens du toucher ont largement stagné. Maintenant, les chercheurs ont développé un haptique système qui crée plus complexe rétroaction tactile. Au-delà du simple bourdonnement, l’appareil simule des sensations comme le pincement, l’étirement et le tapotement pour une expérience plus réaliste.

«La sensation de contact est la connexion la plus personnelle que vous puissiez avoir avec un autre individu», dit John Rogersprofesseur à Université du Nord-Ouest à Evanston, en Illinois, qui a dirigé le projet. « C’est vraiment important, mais c’est beaucoup plus difficile que l’audio ou la vidéo. »

Co-dirigé par Rogers et Yonggang Huangégalement professeur à Northwestern, le travail est largement adapté aux applications médicales. Mais la technologie pourrait être utilisée dans un large éventail d’utilisations, notamment réalité virtuelle ou augmentée et la capacité de ressentir la texture du tissu de vêtements ou d’autres articles lors de l’achat en ligne. La recherche a été publié dans le journal Science le 27 mars.

Un sens du toucher nuancé

Les interfaces haptiques d’aujourd’hui reposent principalement sur les vibrations actionneursqui sont assez simples à construire. «C’est un excellent point de départ», explique Rogers. Mais aller au-delà des vibrations pourrait aider à ajouter le dynamisme des interactions du monde réel à la technologie, ajoute-t-il.

Ces types d’interactions nécessitent des forces mécaniques plus sophistiquées, qui comprennent une combinaison des deux forces normales dirigés perpendiculaires à la surface de la peau et des forces de cisaillement dirigés parallèles à la peau. Que ce soit par vibration ou en application de pression, les forces dirigées verticalement dans la peau ont été l’objectif principal des conceptions haptiques, selon Rogers. Mais ceux-ci n’engagent pas complètement les nombreux récepteurs intégrés dans notre peau.

Les chercheurs visaient à construire un actionneur qui offre une pleine liberté de mouvement, qu’ils ont réalisée avec une «très vieille physique», dit Rogers – à savoir, électromagnétisme. La conception de base de l’appareil se compose de trois bobines de cuivre imbriquées et d’un petit aimant. Le courant de course à travers les bobines génère un champ magnétique qui déplace ensuite l’aimant, qui offre de la force à la peau.

«Ce que nous avons assemblé, c’est un mode de réalisation d’ingénierie (de la physique) qui fournit un système de livraison de force très compact et offre une programmabilité complète dans la direction, l’amplitude et les caractéristiques temporelles», explique Rogers. Pour une configuration plus élaborée, les chercheurs ont également développé une version qui utilise une collection de quatre aimants avec différentes orientations de pôles nord et sud. Cela crée des sensations encore plus complexes de pincement, d’étirement et de torsion.

Haptique à portée de main – ou n’importe où

Parce que les doigts sont très sensibles, seules de petites forces sont nécessaires pour cette application. John A. Rogers / Northwestern University

Bien qu’une grande partie des travaux précédents dans l’haptique se soit concentré sur les doigts et les mains, ces appareils pourraient être placés ailleurs sur le corps, y compris le dos, la poitrine ou les bras. Cependant, ces applications peuvent avoir des exigences différentes. Par rapport à des endroits comme le dos, les doigts sont très sensibles, à la fois en termes de force nécessaire et de la densité spatiale des récepteurs.

«Les doigts sont probablement les plus difficiles en termes de densité, mais ils sont les plus faciles en termes de forces que vous devez livrer», explique Rogers. Dans d’autres cas d’utilisation, il peut être un défi suffisamment de pouvoir, reconnaît-il.

La force possible peut également être limitée par la taille des bobines, dit Gregory Gerlingun génie des systèmes Professeur à l’Université de Virginie et ancien président du comité technique de l’IEEE sur les haptiques. La taille de la bobine dicte la quantité de force que vous pouvez générer, et à un certain point, l’appareil ne sera pas portable. Cependant, il pense que c’est suffisant pour VR applications.

Gerling, un membre senior de l’IEEE, trouve l’utilisation de magnétisme Dans plusieurs directions intéressantes. Par rapport à d’autres approches basées sur hydraulique ou la pression de l’air, ce système ne nécessite pas de pompage de liquides ou de gaz. «Vous pouvez être un peu sans attache», dit Gerling. « Dans l’ensemble, c’est un appareil très intéressant et nouveau, et peut-être qu’il prend le terrain dans une direction un peu nouvelle. »

Applications en réalité virtuelle, neuropathie et plus

L’application la plus claire de l’appareil est probablement en virtuelle ou réalité augmentéedit Rogers. Ces environnements ont désormais des entrées audio et vidéo très sophistiquées, « mais la composante tactile de cette expérience est toujours un travail en cours », dit-il.

Leur laboratoire, cependant, est principalement axé sur les applications médicales, notamment la substitution sensorielle des patients qui ont perdu sensation dans une partie du corps. Une interface haptique complexe pourrait reproduire la sensation dans une autre partie du corps.

Par exemple, les lésions nerveuses chez les personnes atteintes de neuropathie diabétique les rend difficiles à marcher sans regarder leurs pieds. Le laboratoire expérimente la mise en place d’un tableau de capteurs de pression Dans la base des chaussures de ces patients, reproduisant le schéma de pression à l’aide d’un réseau haptique monté sur leur haut des cuisses, où ils ont encore de la sensation. Les chercheurs travaillent avec un établissement de réadaptation à Chicago pour tester l’approche, principalement avec cette population.

Continuer à développer ces applications médicales sera un objectif à l’avenir, explique Rogers. En termes d’ingénierie, il aimerait miniaturiser davantage le actionneurs Pour rendre les tableaux denses possibles dans les régions du corps comme les doigts.

Sentir la musique

De plus, les chercheurs ont exploré la possibilité d’utiliser l’appareil pour augmenter l’engagement dans les performances musicales. En plus de ressentir des vibrations de la ligne de basse, les performances reposent généralement sur la vue et le son. L’ajout d’un élément tactile pourrait créer une expérience plus immersive ou aider les personnes avec souffrance Engagez avec la musique.

Avec la technologie actuelle, les actionneurs vibrants de base peuvent modifier la fréquence des vibrations pour correspondre aux notes jouées. Bien que cela puisse transmettre une mélodie simple, elle n’a pas la richesse de différents instruments et composants musicaux.

L’actionneur à pleine liberté des chercheurs peut transmettre un son plus dynamique. La voix, la guitare et la batterie, par exemple, peuvent chacune être converties en mécanisme de livraison pour une force particulière. Comme avec les vibrations seules, la fréquence de chaque force peut être modulée pour correspondre à la musique. L’expérience a été exploratoire, dit Rogers, mais il exploite les capacités avancées du système.