Une peau artificielle inspirée de l’œil permet aux robots de ressentir avant de toucher

Les ingénieurs qui construisent la nouvelle génération de robots collaboratifs ont été contraints à un compromis physique. Si nous voulons qu’un robot ait un sens du toucher très précis pour saisir un objet fragile, nous avons besoin d’électrodes de détection minuscules et densément regroupées. Mais si nous voulons que ce même robot détecte une main humaine qui s’approche à plusieurs centimètres pour éviter une collision, nous avons besoin de grandes électrodes pour projeter un champ électrique plus loin vers l’extérieur.

Jusqu’à présent, la physique dictait que nous ne pouvions pas avoir les deux. Les petits capteurs sont profondément myopes, tandis que les grands capteurs manquent de résolution fine.

Des chercheurs de l’Université de technologie de Chine du Sud ont contourné ce goulot d’étranglement fondamental en s’inspirant de la biologie humaine. Dans l’International Journal of Extreme Manufacturing, l’équipe du Prof. Yingxi Xie a développé un réseau de capteurs capacitifs flexibles qui modifie activement son comportement électrique. Ils ont réalisé cela en intégrant une couche de blindage dynamique au-dessus des capteurs, une conception inspirée du réflexe d’accommodation pupillaire de l’œil humain.

« Lorsque nous nous concentrons sur un livre, nos pupilles se contractent pour affiner les détails fins. Lorsque nous regardons une route sombre et lointaine, elles se dilatent pour capter plus de lumière. Nous avons appliqué cette logique exacte aux champs électriques. » explique le Dr Xie.

La nouvelle couche de blindage dynamique repose au-dessus du réseau d’unités d’électrodes à zone complète. Lorsque le robot a besoin d’un retour tactile haute résolution, comme sentir les bords exacts d’une pièce micro-usinée, le blindage resserre la focalisation électrique sur la plus petite unité de détection en masquant sélectivement la zone environnante. Mais lorsque le robot doit regarder vers l’extérieur pour détecter des obstacles, le blindage supprime ce masquage sur une zone beaucoup plus grande, permettant aux électrodes sous-jacentes de projeter un champ sensoriel profond dans l’air ambiant.

Les résultats représentent un bond en avant massif dans la perception robotique. En découplant la taille physique des électrodes de leur connexion électrique, l’équipe a plus que doublé la profondeur de détection maximale, obtenant une augmentation de 104,56 % par rapport aux capteurs bimodaux traditionnels.

Le capteur peut également « ressentir » un objet qui approche à plus de 90 mm. Dans un environnement chargé, cette distance est cruciale ; elle donne à un bras robotique rapide une fraction de seconde vitale pour s’arrêter avant de frapper un travailleur humain.

Une fois le contact physique établi, la sensibilité tactile du capteur reste extrêmement aiguë, capable d’enregistrer le toucher léger comme un souffle de quelques grammes ou de résister à de fortes pressions allant jusqu’à 400 kPa.

Cependant, le passage de cette technologie d’un laboratoire contrôlé aux environnements rigoureux de la fabrication moderne ou aux salons imprévisibles présente des obstacles importants. Pour atteindre une sensibilité tactile aussi élevée, l’équipe a utilisé une méthode de « gabarit sacrificiel » pour créer des pores microscopiques dans les matériaux du capteur.

Ce processus produit intrinsèquement des structures aléatoires et semblables à des éponges. Bien que les chercheurs aient maintenu la variation de performance entre les unités de capteurs individuels à un niveau gérable de 6,3 % à 6,8 % dans leurs prototypes, la production en masse de milliers de ces réseaux avec une fiabilité identique nécessitera un criblage automatisé très strict.

De plus, la nature sensible des champs capacitifs les rend très vulnérables aux interférences du monde réel. Le bruit électromagnétique des machines lourdes, ainsi que les variations de température et d’humidité ambiantes, peuvent facilement déclencher de fausses lectures. Avant que cette technologie ne puisse être largement adoptée, le matériel brut devra être fortement blindé ou couplé à des algorithmes d’apprentissage automatique avancés et en temps réel pour filtrer le bruit électrique du monde réel.

Si ces défis de mise à l’échelle et environnementaux peuvent être relevés, cette architecture de capteur dynamique offre un nouveau plan brillant pour l’intelligence incarnée. Au lieu d’équiper les robots de couches redondantes et encombrantes de caméras de proximité et de coussinets de pression tactile séparés, une seule peau électronique adaptative pourrait bientôt permettre aux machines de passer avec succès de la perception de l’espace qui les entoure à l’interaction en toute sécurité avec les personnes et les objets qui s’y trouvent.

Article : A bio-inspired proximity-tactile sensor array with beyond-extreme detection depth for embodied intelligence – Journal : International Journal of Extreme Manufacturing – DOI : Lien vers l’étude

Source : ijem