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Robot humanoïde : de la peau artificielle créée par clonage 3D

Disney Research a développé un principe de numérisation 3D du visage humain dans le but de fabriquer une peau artificielle en silicone dont les propriétés de déformation s’approchent de celles de l’épiderme humain. De quoi créer des robots et automates capables de reproduire les expressions faciales avec encore plus de précision.

Durant la phase de clonage, la personne simule un certain nombre d’expressions. Le traitement informatique génère un masque en 3D qui reproduit les zones de déformation de la peau. L’ordinateur applique ensuite une texture reproduisant les propriétés élastiques du silicone qui sera utilisé afin de savoir quelles sont les zones où il faudra jouer sur l’épaisseur du matériau. Une simulation est réalisée pour tenir compte de la manière dont la matière va se déformer sur la tête robotisée et déterminer les points de fixation du masque. Les scientifiques peuvent ensuite créer le moule à l’aide d’une imprimante 3D et y couler le silicone. © Disney Research Durant la phase de clonage, la personne simule un certain nombre d’expressions. Le traitement informatique génère un masque en 3D qui reproduit les zones de déformation de la peau. L’ordinateur applique ensuite une texture reproduisant les propriétés élastiques du silicone qui sera utilisé afin de savoir quelles sont les zones où il faudra jouer sur l’épaisseur du matériau. Une simulation est réalisée pour tenir compte de la manière dont la matière va se déformer sur la tête robotisée et déterminer les points de fixation du masque. Les scientifiques peuvent ensuite créer le moule à l’aide d’une imprimante 3D et y couler le silicone. © Disney Research

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Reproduire les expressions du visage humain est l’une des tâches les plus complexes, longues et coûteuses en robotique. La gageure est de parvenir à créer un fonctionnement harmonieux et « naturel » entre une peau artificielle et le squelette mécanique fait de nombreux micromoteurs électriques qui lui donnent vie. Une équipe de Disney Research basée à Zurich, en Suisse, a mis au point un procédé censé simplifier la fabrication d’une peau artificielle tout en augmentant son réalisme.

« Un automate doit reproduire une grande variété d’expressions faciales, chacune comportant différentes déformations et rides. Créer manuellement les propriétés d’une peau capable de restituer ces expressions est un travail immense », expliquent les ingénieurs de Disney Research. Leur processus repose sur le clonage du visage humain grâce à une technique de numérisation en 3D. Le scan du visage produit une image haute définition qui capture des détails aussi fins que les rides et les pores de la peau. Ces données livrent des informations sur la manière dont la peau se déforme selon les expressions du visage que la personne a adoptées. Dans le cas présent, Disney Research a travaillé sur la capture de huit expressions humaines telles que la joie, la tristesse, le dégoût, la surprise.


Les ingénieurs de Disney Research décrivent le processeur de numérisation du visage humain pour créer une reproduction fidèle en 3D. Celle-ci servira d’outil de simulation pour calculer la fabrication de la peau en silicone et son fonctionnement sur une tête robotisée. © Disney Research/YouTube

De la peau en silicone, clonée sur un visage humain

Une fois le visage numérisé, un masque en maillage 3D est généré pour cartographier les zones en mouvement et simuler les propriétés de déformation de la matière qui sera utilisée. Le tout est ensuite comparé et ajusté au fonctionnement d’une tête robotisée afin de prendre en compte les contraintes mécaniques (comme l’ampleur des mouvements que peuvent exécuter les micromoteurs) et de définir les points où la peau artificielle doit être fixée pour obtenir le meilleur rendu possible. C’est à partir de ce modèle numérique idéal que la fabrication de la peau en silicone sera réalisée.

Le modèle virtuel indique notamment les zones où l’épaisseur cutanée doit être plus ou moins importante afin d’obtenir une déformation la plus réaliste possible. Le moule du masque en silicone est ensuite réalisé à l’aide d’une imprimante 3D.

Après 7 jours de séchage à température ambiante, la peau est prête à être installée sur la tête robotisée. Le résultat final présenté dans la vidéo de Disney Research est assez bluffant. On y voit côte à côte la personne modèle et son clone, prononçant une phrase simultanément. On s’aperçoit alors que les mouvements du visage, notamment au niveau de la bouche et du front, sont quasiment identiques.

Encore plus de réalisme pour les robots humanoïdes

Les ingénieurs de Disney Research disent avoir plusieurs pistes pour améliorer encore le niveau de réalisme. Il s’agit notamment de travailler sur le système de fixation des micromoteurs électriques de la tête robotisée afin de gagner en degrés de liberté. L’autre idée est d’évaluer des couches de matériaux de différentes textures afin d’obtenir une déformation encore plus fidèle.

Enfin, Disney Research pense que son procédé de simulation informatique pourrait être utilisé de la même manière pour reproduire l’apparence de la peau humaine notamment pour la transparence, les reflets, les poils ou le réseau sous-cutané. « Bien que dans ce projet nous n’ayons montré que des exemples de clonage des visages humains, nous pensons que de tels outils de développement serviront à concevoir des personnages entiers », concluent les ingénieurs de Disney Research.


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