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Posté par Redbran le Dimanche 07/08/2016 à 12:00
Des textures virtuelles perceptibles par le toucher sur les écrans
Rebondir sur un film d'air: comment moduler le frottement du doigt avec des ondes ultrasonores.



Figure: A. Lorsque nous passons un doigt sur une plaque de verre, nous percevons un frottement important. Lorsque la plaque vibre à des fréquences ultrasonores, le frottement disparaît et la plaque est soudain glissante. Cette réduction du frottement est causée par une lévitation acoustique (L’acoustique est une branche de la physique dont l’objet est l’étude des sons et des ondes mécaniques. Elle fait appel aux phénomènes ondulatoires et à la mécanique vibratoire.) qui diminue la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent...) de contact. B. Au cours d'une oscillation (Une oscillation est un mouvement ou une fluctuation périodique. Les oscillations sont soit à amplitude constante soit amorties. Elles répondent aux...), le doigt est propulsé par la vibration. Sa chute est amortie par un film d'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air...) piégé entre la peau (La peau est un organe composé de plusieurs couches de tissus. Elle joue, entre autres, le rôle d'enveloppe protectrice du corps.) et la plaque de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué...). Ce film agit comme un ressort qui soutient les empreintes digitales et évite le contact avec la plaque.
© Michael Wiertlewski

Les vibrations ultrasonores peuvent réduire le frottement d'un doigt humain sur une plaque de verre de plus de 95%. En observant directement le contact entre le doigt et la plaque, Michael Wiertlewski à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le...) des sciences du mouvement et ses collègues de l'université Northwestern (USA) montrent que cette réduction est causée par le rebond du doigt sur une couche d'air piégée entre la peau et le verre. Cette étude publiée dans la revue PNAS, ouvre la voie à l'enrichissement de l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque...) avec les écrans tactiles par des formes et des textures virtuelles perceptibles par le toucher (Le toucher, aussi appelé tact ou taction, est l'un des cinq sens de l'homme ou de l'animal, essentiel pour la survie et le développement des êtres vivants, l'exploration,...).

Chercher des clefs dans ses poches, tenir un tasse ou estimer la qualité d'un tissu, sont des tâches de la vie (La vie est le nom donné :) courante qui font appel à une perception précise du frottement entre le doigt et l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux...). Notre cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle de nombreuses fonctions...) intègre ces informations de frottement pour estimer les propriétés mécaniques de surface touchée et, dans le cas de la saisie d'un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui...), pour contrôler la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale...) de serrage. Au vu de l'importance de l'interaction doigt-surface dans la perception tactile et dans la manipulation, il n'est pas surprenant que de nombreuses technologies essayent de créer des sensations tactiles virtuelles et programmables. Parmi les technologies les plus prometteuses, la modulation de frottement par ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle...) ultrasonores transverses est une candidate pour créer des reliefs sur des plaques de verre transparentes, super-imposables à des écrans tactiles.

Le phénomène physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) qui produit la réduction du frottement reste mal compris. Les chercheurs apportent une nouvelle lumière sur ce phénomène, grâce à l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) directe du contact entre la plaque et le doigt par une technique d'illumination dite réflexion totale interne frustrée. Cette technique permet d'obtenir des images de fort contraste de la texture de la peau, similaire aux images produites par les lecteurs d'empreintes digitales. En associant un système stroboscopique, les chercheurs ont pu d'observer l'évolution spatio-temporelle du contact entre le doigt et la plaque de verre avec une résolution temporelle de 1µs, soit 30 fois plus rapide qu'une oscillation de la plaque de verre.

C'est ainsi que les chercheurs ont pu observer que la peau ne flotte par au dessus de la plaque de verre mais qu'elle est en mouvement. Elle oscille tellement rapidement que l'air piégé entre les empreintes et la plaque de verre, ne peut pas s'échapper et agit comme un ressort. Le doigt est propulsé par les vibrations et quand il redescend vers l'écran de verre, son impact est amorti par un coussin d'air. Le coussin d'air réduit le frottement et produit la sensation que la plaque de verre est glissante.

Ces résultats permettent une compréhension accrue de la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) des tissus biologiques soumis à des vibrations ultrasonores. Ceci est particulièrement important pour concevoir les prochaines générations d'écrans haptiques, capables de transmettre des informations via le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du ralentissement du vieillissement,...) du toucher. Ces surfaces haptiques permettent d'augmenter l'accessibilité des interfaces homme-machine, notamment les situations où la vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) n'est pas disponible comme au volant d'une voiture ou quand notre téléphone est dans notre poche.

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Source: CNRS-INSB