Wai Li et al., 2023
Le bout du doigt humain est un outil incroyablement sensible pour percevoir les objets de notre environnement à travers le sens du toucher. Une équipe de scientifiques chinois a imité le mécanisme perceptif de base pour créer un doigt électronique avec un système de retour haptique intégré capable de presser des objets complexes pour dessiner des détails sous la couche de surface, selon Le dernier papier Publié dans la revue Cell Reports Physical Science.
« Les doigts humains, qui ont le sens du toucher le plus sensible que nous connaissions, nous ont inspirés. » a déclaré le co-auteur Jianyi Luo de l’Université Wuyi. « Par exemple, lorsque nous touchons notre corps avec nos doigts, nous pouvons sentir non seulement la texture de notre peau, mais aussi le contour de l’os en dessous. Cette technologie tactile ouvre une méthode non visuelle pour les tests non destructifs du corps humain et électronique flexible.
Selon les auteurs, des capteurs tactiles synthétiques développés précédemment peuvent reconnaître et différencier les morphologies, les textures de surface et la dureté. Mais ils sont incapables de percevoir les informations souterraines sur ce matériau. Cela nécessite généralement des techniques optiques, comme un scanner, une tomographie par émission de positrons, une tomographie par ultrasons (qui scanne la surface externe d’un matériau pour reconstruire une image de sa structure interne), ou une IRM, par exemple. Mais tous ont aussi des inconvénients. De même, la mesure optique est souvent utilisée pour mesurer le profil et la surface extérieure, mais elle ne fonctionne que sur des matériaux transparents.
Lorsque nous touchons quelque chose avec nos doigts, la peau subit une déformation mécanique telle qu’une compression ou un étirement, qui stimule les mécanorécepteurs à envoyer des impulsions électriques. Ces impulsions voyagent à travers le système nerveux central jusqu’au cortex somatosensoriel du cerveau. Le cerveau intègre ces impulsions électriques pour déterminer les caractéristiques de l’objet que nous touchons. La rétroaction haptique nous permet d’en savoir plus sur la forme, la texture de surface et la dureté ou la douceur d’un matériau.
Le doigt électronique représente une lettre A pleine recouverte de silicone souple. Crédit : Y. Li et al. , 2023
Le doigté robotique intelligent simule ce système de rétroaction. Un cylindre métallique monté sur le dessus du doigt sert de pointe de contact, tandis que les faisceaux de fibres de carbone agissent comme des mécanorécepteurs tactiles (unité de détection). Ceux-ci sont connectés à l’unité de traitement du signal. Le doigt « balaie » la surface de l’objet cible en appliquant périodiquement une pression, comme une piqûre ou une pulsation. Cela provoque la compression des fibres de carbone et la quantité de compression du matériau transmet des informations sur leur dureté ou leur douceur relative. Ces informations, ainsi que l’endroit où elles ont été enregistrées sur la surface, sont ensuite envoyées à un ordinateur, qui traduit les données en une carte 3D.
Les auteurs ont mis leurs doigts bioniques à l’épreuve à l’aide de divers objets complexes. Par exemple, ils ont testé la capacité du doigt à détecter et à dessiner une lettre « A » pleine sous une couche de silicone souple (voir la vidéo ci-dessus), ainsi que d’autres formes abstraites. Les doigts peuvent faire la différence entre le matériau intérieur dur et doux et le revêtement extérieur en silicone souple.
Ils ont également créé un modèle physique imprimé en 3D de tissu humain à partir de trois couches de polymère dur (pour « squelette ») et d’une couche externe de silicone souple (pour « muscle »). Le doigt électronique a été scanné et un profil 3D de la structure tissulaire du modèle a été reproduit avec succès, y compris l’emplacement d’un « vaisseau sanguin » situé sous la couche « musculaire ».
Enfin, les auteurs ont testé le doigt électronique sur un appareil électronique défectueux, et ont réussi à créer une cartographie des composants internes. Un doigt peut localiser l’endroit où le cercle s’est séparé et identifier un trou mal percé sans pénétrer dans la couche externe environnante. « Ensuite, nous voulons développer la capacité du doigt électronique pour la détection multidirectionnelle en utilisant différents matériaux de surface », Luo a dit.
DOI : Cell Reports Physical Science, 2023. 10.1016/j.xcrp.2023.101257 (à propos des DOI).
