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Des capteurs tactiles aussi sensibles que des moustaches de chat

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En utilisant un support élastique recouvert d'un mélange de nanotubes de carbone et de nanoparticules d'argent, des chercheurs de l'université de Californie à Berkeley sont parvenus à créer des capteurs tactiles dont la sensibilité est similaire à celle des moustaches des chats ou des rats. Kuniharu Takei, l'un des membres de l'équipe, a expliqué à Futura-Sciences les nombreuses possibilités que cette innovation ouvre dans les domaines de la robotique, des capteurs et des interfaces Homme-machine.

Les chercheurs de l’université de Californie à Berkeley ont créé des capteurs tactiles aussi sensibles que les vibrisses des chats. Ces « e-moustaches » pourraient notamment servir en robotique à la détection des obstacles. © Berkeley Lab, université de Californie à Berkeley

Chez le chat, les vibrisses, plus communément appelées moustaches, sont un organe essentiel grâce auquel le félin peut percevoir les variations de l'air et détecter un mouvement. D'autres espèces animales, dont les rongeurs, sont également dotées de cette acuité sensorielle extraordinaire. Une équipe de chercheurs du Berkeley Lab de l'université de Californie à Berkeley est parvenue à créer des capteurs tactiles dont la sensibilité approche celle des vibrisses. Ces moustaches électroniques (en anglais e-whiskers) sont dix fois plus sensibles que les capteurs tactiles existants, assure Ali Javey, professeur de génie électrique et d'informatique à l'université de Californie à Berkeley qui a dirigé cette expérimentation. Les « e-moustaches », comme il les surnomme, sont capables de détecter une pression de seulement un pascal, ce qui équivaut selon le scientifique à la pression exercée par un billet de banque posé sur une table. « Nos e-moustaches représentent un nouveau type de réseaux de capteurs tactiles très sensibles pour suivre en temps réel des effets environnementaux. »

L'extrême sensibilité de ces capteurs n'est pas la seule avancée remarquable. Leur taille (15 mm de long et 0,25 mm d'épaisseur), leur légèreté et leur facilité de fabrication ouvrent des perspectives prometteuses pour la robotique, la création d'interfaces Homme-machine, les capteurs biomédicaux ou environnementaux ou encore les vêtements intelligents. Pour parvenir à ce résultat, l'équipe du Berkeley Lab a élaboré une pâte à base de nanotubes de carbone pour former une matrice à la fois flexible et conductrice. Ils ont ensuite ajouté un film composé de nanoparticules d'argent pour rendre la matrice sensible aux contraintes mécaniques. Le composite est ensuite peint ou imprimé sur une fibre élastique pour créer les minicapteurs en forme de moustaches. L'un des avantages de ce procédé est la possibilité de moduler la composition. « Nous pouvons ajuster la sensibilité et la résistivité électrique des capteurs tactiles en modifiant le ratio entre les nanoparticules d'argent et les nanotubes de carbone », confie Kuniharu Takei, l'un des membres de l'équipe d'Ali Javey.

Pour tester la sensibilité de leurs « e-moustaches », les chercheurs du Berkeley Lab en ont installé sept sur ce dôme afin de mesurer un flux d’air. Pour le moment, les capteurs sont sensibles uniquement à pression, mais leurs concepteurs pensent pouvoir les rendre plus polyvalents. © Berkeley Lab, université de Californie à Berkeley

Des cheveux ou des poils électroniques envisageables

Ces e-moustaches pourraient notamment servir sur des robots comme système de détection des obstacles. « Le robot peut détecter les obstacles comme le fait le chat et décider du mouvement à effectuer », souligne Kuniharu Takei. Il nous confirme que cette technique pourrait également être employée pour créer des cheveux ou des poils électroniques. « Ce capteur a une sensibilité équivalente à celle des cheveux ou de la peau humaine. Un poil humain peut détecter un vent très léger comme celui que l'on crée en secouant la main. Notre e-moustache aussi peut détecter le vent. » Pour illustrer la sensibilité de leur capteur, les chercheurs s'en sont servi pour réaliser une cartographie 2D et 3D d'un flux d'air. Sur un dôme en plastique, sept capteurs ont été disposés en position verticale afin de mesurer la vitesse d'un flux d'air. Cette démonstration permet d'envisager de nombreuses applications où de tels capteurs serviraient à détecter des objets environnants. On peut également les imaginer intégrés à des objets ou des vêtements intelligents pour mesurer le rythme cardiaque par exemple.

Kuniharu Takei nous explique que pour le moment, ces e-moustaches ne détectent que la pression, et que l'objectif est d'ajouter plus de capteurs et d'électronique embarquée pour les rendre plus polyvalentes. Les chercheurs veulent également travailler sur la technique de production par impression afin d'abaisser les coûts. Cependant, il est difficile pour eux de dire à quelle échéance ces capteurs pourraient trouver leurs premières applications concrètes. « Nous continuons à travailler sur cette électronique imprimée, et si des entreprises s'intéressent à notre travail, cela ne devrait pas être long. »