Un capteur basé sur la couleur pour émuler la sensibilité de la peau pour les appareils portables et la robotique douce

Dans une démarche vers des robots souples et des technologies portables plus autonomes, des chercheurs de l'EPFL ont créé un dispositif qui utilise la couleur pour détecter simultanément plusieurs stimuli mécaniques et thermiques.

Les chercheurs en robotique ont déjà fait de grands progrès dans le développement de capteurs capables de percevoir les changements de position, de pression et de température, qui sont tous importants pour des technologies telles que les appareils portables et les interfaces homme-robot. Mais l’une des caractéristiques de la perception humaine est la capacité de détecter plusieurs stimuli à la fois, et c’est quelque chose que la robotique a eu du mal à atteindre.

Aujourd'hui, Jamie Paik et ses collègues du laboratoire de robotique reconfigurable (RRL) de la Faculté d'ingénierie de l'EPFL ont développé un capteur capable de percevoir des combinaisons de flexion, d'étirement, de compression et de changements de température, le tout à l'aide d'un système robuste qui se résume à un concept simple. : couleur.

Baptisée ChromoSense, la technologie du RRL repose sur un cylindre en caoutchouc translucide contenant trois sections teintes en rouge, vert et bleu. Une LED située en haut de l'appareil envoie de la lumière à travers son noyau, et les modifications du trajet de la lumière à travers les couleurs lorsque l'appareil est plié ou étiré sont captées par un spectromètre miniaturisé situé en bas.

“Imaginez que vous buvez simultanément trois saveurs différentes de barbotine avec trois pailles différentes : la proportion de chaque saveur que vous obtenez change si vous pliez ou tordez les pailles. C'est le même principe qu'utilise ChromoSense : il perçoit les changements dans la lumière voyageant à travers le sections colorées à mesure que la géométrie de ces sections se déforme”, explique Paik.

Une section thermosensible de l'appareil lui permet également de détecter les changements de température, à l'aide d'un colorant spécial, similaire à celui des t-shirts ou des bagues d'humeur qui changent de couleur, qui désature en couleur lorsqu'il est chauffé. La recherche a été publiée dans Communications naturelles et sélectionné pour la page Faits saillants de l'éditeur.

Une approche plus rationalisée des wearables

Paik explique que même si les technologies robotiques reposant sur des caméras ou de multiples éléments de détection sont efficaces, elles peuvent rendre les appareils portables plus lourds et plus encombrants, en plus de nécessiter davantage de traitement de données.

“Pour que les robots mous nous servent mieux dans notre vie quotidienne, ils doivent être capables de ressentir ce que nous faisons”, dit-elle. « Traditionnellement, le moyen le plus rapide et le moins coûteux d'y parvenir consiste à utiliser des systèmes basés sur la vision, qui capturent toutes nos activités et extraient ensuite les données nécessaires. ChromoSense permet des lectures plus ciblées et plus riches en informations, et le capteur peut être facilement intégré dans différents matériaux pour différentes tâches.

Grâce à sa structure mécanique simple et à l’utilisation de caméras couleur, ChromoSense pourrait potentiellement se prêter à une production de masse peu coûteuse. En plus des technologies d'assistance, telles que les exosuits d'aide à la mobilité, Paik voit des applications quotidiennes de ChromoSense dans les équipements ou vêtements de sport, qui pourraient être utilisées pour donner aux utilisateurs des informations sur leur forme et leurs mouvements.

Une force de ChromoSense – sa capacité à détecter plusieurs stimuli à la fois – peut également être une faiblesse, car le découplage des stimuli appliqués simultanément reste un défi sur lequel les chercheurs travaillent. Pour le moment, Paik affirme qu'ils se concentrent sur l'amélioration de la technologie permettant de détecter les forces appliquées localement ou les limites exactes d'un matériau lorsqu'il change de forme.

“Si ChromoSense gagne en popularité et que de nombreuses personnes souhaitent l'utiliser comme solution de détection robotique à usage général, alors je pense qu'augmenter davantage la densité d'informations du capteur pourrait devenir un défi vraiment intéressant”, dit-elle.

Pour l'avenir, Paik prévoit également d'expérimenter différents formats pour ChromoSense, qui a été prototype sous forme cylindrique et dans le cadre d'une exosuit souple portable, mais pourrait également être imaginé sous une forme plate plus adaptée aux robots origami emblématiques du RRL.

“Avec notre technologie, tout peut devenir capteur pour peu que la lumière puisse le traverser”, résume-t-elle.