Imaginez un iPad ou un Kindle pour aveugles, avec un braille gonflable qui change de forme au toucher de l'utilisateur. Une collaboration dirigée par Cornell a permis de fabriquer un composant crucial pour une telle technologie : un réseau haptique d'actionneurs très compacts qui font apparaître des "points" de membrane en silicone lorsqu'ils sont déclenchés par la combustion.
L'article de l'équipe, intitulé "Valveless Microliter Combustion for Densely Packed Arrays of Powerful Soft Actuators", a été publié dans Proceedings of the National Academy of Sciences. L'auteur principal est le doctorant Ronald Heisser.
L'un des principaux obstacles à la conception d'un affichage braille dynamique pour l'électronique est de trouver comment appliquer la force nécessaire à chaque point. Les tentatives précédentes ont généralement fait appel à des moteurs, des systèmes hydrauliques ou des pompes attachées, qui sont tous encombrants, complexes et coûteux, selon Rob Shepherd, professeur associé de génie mécanique et aérospatial au College of Engineering et auteur principal de l'article.
"Avoir quelque chose qui peut changer sa forme d'une manière que vous pouvez sentir, comme des objets réels, n'existe pas pour le moment. Il faut trouver un compromis entre les petits actionneurs, la taille, le poids et le coût. C'est très difficile", a déclaré M. Shepherd. "Tout le monde a essayé les systèmes électromécaniques. Nous nous sommes donc dit : "Et si nous ne faisions pas ça du tout et que nous utilisions la combustion ? De petits volumes de gaz peuvent créer des sorties puissantes."
L'équipe de Cornell a collaboré avec des chercheurs du Technion-Israel Institute of Technology pour concevoir un système, composé principalement de silicone moulé et de traces de métal liquide microfluidique, dans lequel des électrodes de métal liquide provoquent une étincelle pour enflammer un volume à l'échelle microscopique de méthane et d'oxygène prémélangés. Dans leur conception en réseau, ce combustible circule dans une série de canaux indépendants, chacun menant à un actionneur de 3 millimètres de large. La combustion rapide force une fine membrane de silicone à se gonfler de plusieurs millimètres à chaque endroit. Un système de verrouillage magnétique donne à ces points leur forme persistante, et l'ensemble du système peut être réinitialisé simplement en appuyant dessus.
Comme il n'est pas nécessaire d'utiliser des valves électromécaniques, les actionneurs peuvent être regroupés de manière plus dense, ce qui permet d'obtenir un système plus petit, potentiellement portable, qui parvient néanmoins à produire de grands déplacements avec une force élevée en moins d'une milliseconde. Et comme les actionneurs en élastomère fluide se refroidissent rapidement et qu'il faut si peu de carburant, une version commerciale pourrait être exploitée en toute sécurité.
La technologie est également étirable et conformable, et les chercheurs prévoient qu'elle pourrait être intégrée dans toute une série d'applications, telles que des robots mous et des équipements de réalité virtuelle portables simulant un toucher artificiel. Les composants biocompatibles pourraient également être utilisés pour des outils chirurgicaux permettant de manipuler les tissus ou d'ouvrir des passages bloqués chez les patients.
Le système actuel se compose de neuf actionneurs fluides en élastomère, mais les chercheurs espèrent passer à l'échelle supérieure et créer à terme un écran tactile électronique complet.
"Au cours des 30 dernières années, voire plus, les gens ont essayé de regrouper les actionneurs dans une matrice très proche les uns des autres", a déclaré M. Heisser. "Le toucher, d'une certaine manière, est plus intime pour nous que la vue. Cette technologie a un réel potentiel. Je pense que notre travail montre qu'il y a d'autres façons d'y penser. L'actionnement chimique n'est vraiment pas quelque chose à ignorer."
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