Les dispositifs portables développés par des ingénieurs américains pourraient aider à désencombrer, améliorer et, dans le cas de déficiences, compenser les carences dans les entrées visuelles et auditives en exploitant cette ressource sensorielle sous-utilisée qu’est le toucher.
Un dispositif textile portable pour stimuler le sens du toucher
« La technologie a été lente à recourir à l’haptique ou à la communication basée sur le sens du toucher », a déclaré Barclay Jumet, doctorant en génie mécanique de l’Université de Rice qui est le principal auteur d’une étude publiée dans Device. « Parmi les technologies qui ont intégré l’haptique, les dispositifs portables nécessitent souvent encore un matériel externe encombrant pour fournir des indices complexes, limitant leur utilisation dans les activités quotidiennes. »
Le système d’accessoires haptiques construit par les laboratoires de Daniel Preston et Marcia O’Malley de Rice réduit la nécessité de matériel en programmant des indices haptiques dans la structure textile des vêtements portables en utilisant un contrôle fluidique, s’appuyant sur une approche décrite dans des travaux antérieurs.
« Avec un système de contrôle traditionnel utilisant la tension et le courant, vous auriez généralement besoin de nombreuses entrées électroniques pour obtenir des indices haptiques complexes », a indiqué D. Preston, professeur adjoint de génie mécanique à Rice dont le laboratoire explore l’intersection de l’énergie, des matériaux et des fluides. « Dans ce dispositif, nous avons externalisé une grande partie de cette complexité vers le contrôleur fluidique et ne nécessitons qu’un nombre très limité d’entrées électroniques pour fournir une stimulation haptique sophistiquée. »
Composé d’une ceinture et de manches textiles, les vêtements portables s’appuient sur des signaux fluidiques – tels que des pressions et des débits – pour contrôler la transmission d’indices haptiques complexes, notamment des sensations comme des vibrations, des tapes et des compressions. Une petite bonbonne de dioxyde de carbone légère fixée à la ceinture alimente des circuits étanches intégrés dans les textiles thermoscellables, provoquant le gonflement avec une force et une fréquence variables de poches de la taille d’une pièce de monnaie – jusqu’à six sur chaque manche.
Dans une expérience démontrant l’utilité du dispositif pour la navigation dans le monde réel, ces indices ont servi de directions guidant un utilisateur sur un parcours d’un mile dans les rues de Houston. Dans une autre expérience, un utilisateur a délimité des pièces de Tetris invisibles dans un champ en suivant les instructions transmises via les textiles haptiques.
«. « Dans ce cas, nous avions douze poches réparties sur deux manches qui se gonflaient progressivement pour indiquer l’une des quatre directions : en avant, en arrière, à gauche ou à droite. Ainsi, au lieu de nécessiter douze entrées électroniques, nous intégrons cette complexité dans la manche et sommes en mesure d’utiliser seulement quatre entrées – une réduction des deux tiers.»
« À l’avenir, cette technologie pourrait être directement intégrée aux systèmes de navigation, de sorte que les textiles mêmes constituant les vêtements d’une personne puissent indiquer quelle direction prendre sans surcharger ses sens visuels et auditifs déjà surchargés – par exemple en ayant besoin de consulter une carte ou d’écouter un assistant virtuel. »
En outre, le dispositif textile portable pourrait intégrer d’autres mécanismes de détection et de contrôle pour permettre aux utilisateurs ayant une vision ou une audition limitées de détecter les obstacles et de naviguer dans des environnements dynamiques en temps réel.
« Des dispositifs comme celui-ci pourraient, par exemple, être utiles pour les personnes souffrant de perte auditive », a précisé O’Malley, présidente du département de génie mécanique et professeure Thomas Michael Panos en génie mécanique, génie électrique et informatique, bio-ingénierie et informatique à Rice.
Les implants cochléaires peuvent restaurer la perception de la parole chez les personnes souffrant de perte auditive sévère, mais la littérature montre que ces personnes ont toujours du mal à comprendre la parole dans des environnements bruyants et peuvent éprouver des difficultés à localiser les sources de sons. La rétroaction haptique a le potentiel d’améliorer les performances des implants cochléaires ou de faciliter la lecture labiale pour les patients.
« Vous aurez une meilleure reconnaissance et interprétation des sons traités par l’implant cochléaire s’ils sont renforcés par des indices haptiques transmettant les mêmes informations encodées d’une manière différente », a ajouté O’Malley.
Un autre exemple d’application est de restaurer le sens du toucher pour un amputé en intégrant des capteurs sur une prothèse pour recueillir des données que les vêtements portables pourraient relayer sous forme de retour haptique ailleurs sur le corps.
« Le retour haptique ressenti par l’utilisateur serait dans ce cas directement corrélé aux actions qu’il entreprend« , a dit encore O’Malley, qui dirige le laboratoire de mécatronique et d’interfaces haptiques à Rice.
« L’un des grands avantages à utiliser ces textiles intelligents pour les dispositifs haptiques est qu’ils apportent beaucoup plus de liberté et de flexibilité à l’espace de conception. Nous ne sommes plus contraints par la taille ou la géométrie des composants qui doivent être intégrés dans une conception.«
Les textiles thermoscellables sont résistants à l’usure et aux déchirures, ce qui rend le dispositif adapté à une utilisation quotidienne intensive.
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« Nous avons testé la durabilité de nos textiles haptiques en lavant un dispositif 25 fois, puis en le coupant avec un couteau et en repassant un patch textile sur la coupure« , a commenté pour sa part Barclay Jumet (ici en photo).
« Il a continué à fonctionner comme prévu après des lavages, des coupures et des réparations répétés.«
Il a exprimé l’espoir que, en plus de servir de base pour des applications médicalement utiles, les textiles haptiques pourraient « permettre un monde plus immersif et connecté de manière transparente« .
« Au lieu d’une montre intelligente avec de simples indices vibratoires, nous pouvons maintenant envisager un « t-shirt intelligent » qui donne la sensation d’une main caressante ou d’une douce tape sur le torse ou le bras« , a-t-il déclaré. « Les films, les jeux et d’autres formes de divertissement pourraient désormais incorporer le sens du toucher, et la réalité virtuelle peut être plus confortable pendant de plus longues périodes. »
En synthèse
Les chercheurs de l’université Rice ont développé un dispositif textile portable innovant qui exploite le sens du toucher via des signaux haptiques. Ce système pourrait améliorer la navigation et la perception de l’environnement pour les personnes ayant des déficiences visuelles ou auditives.
La technologie repose sur des circuits fluidiques intégrés dans des textiles thermoscellables, permettant de créer des sensations de vibration, tapotement ou compression. Les tests ont montré son utilité pour guider l’utilisateur et comme renfort des implants cochléaires.
Durable et flexible, ce dispositif ouvre la voie à des applications médicales et à des expériences immersives augmentées.
Pour une meilleure compréhension
Quel est le principe du dispositif développé ?
Il s’appuie sur des circuits fluidiques intégrés dans des textiles thermoscellables pour créer des sensations haptiques via le sens du toucher, en faisant varier la pression et le débit d’air dans des poches gonflables.
En quoi est-ce une avancée ?
Cela permet de créer des retours haptiques complexes sans nécessiter d’électronique lourde ou encombrante intégrée dans le vêtement.
Quels sont les cas d’usage ?
Aide à la navigation pour les déficients visuels, amélioration des implants cochléaires, retour haptique pour les prothèses de membres.
Quels sont les avantages du dispositif ?
Léger, flexible, durable, facilement réparable. Permet des expériences immersives augmentées.
Légende illustration principale : Barclay Jumet est l’auteur principal d’une étude publiée dans Device. (Photo : Brandon Martin/Rice University)
“Fluidically Programmed Wearable Haptic Textiles” | Device | DOI: 10.1016/j.device.2023.100059
Authors: Barclay Jumet, Zane Zook, Anas Yousaf, Anoop Rajappan, Doris Xu, Te Yap, Nathaniel Fino, Zhen Liu, Marcia O’Malley and Daniel Preston
