Les robots « perçoivent » le toucher grâce à un capteur tactile qui change de couleur

Un robot touche une pièce de monnaie, en détectant ses moindres détails. Crédit : Université Queen Mary de Londres

Des ingénieurs de l'université Queen Mary de Londres ont mis au point un nouveau capteur tactile qui change de couleur et permet aux robots de « voir » et de ressentir le toucher en temps réel. Ce concept a été imaginé par Giacomo Sasso, chercheur postdoctoral à la Faculté d’ingénierie et des sciences des matériaux, et fonctionne en convertissant des forces invisibles en motifs de couleurs dynamiques. Cela permet d’afficher instantanément des cartes haute résolution du contact, de la déformation et de la pression.

Ces travaux de recherche sont publiés dans la revue Science Advances.

Lorsqu’une pression est exercée sur une surface de détection souple, le matériau produit des couleurs structurelles variant dans l’espace qu’une caméra standard peut capturer immédiatement, éliminant ainsi le recours à des algorithmes de reconstruction complexes.

Des usines à la chirurgie

Cette technologie permet à une pince robotisée d’assembler des composants à l’échelle microscopique avec la précision requise en fabrication, où chaque variation subtile de force devient visible en temps réel. Elle présente également un potentiel dans le domaine de la santé, où une prothèse externe pourrait bénéficier d’un sens du toucher plus riche lors de tâches quotidiennes ou cliniques délicates.

Par ailleurs, les systèmes chirurgicaux pourraient distinguer les tissus sains des tissus anormaux en analysant les signatures de pression fines directement à travers la réponse chromatique du matériau.

Une détection intégrée au matériau

Contrairement aux capteurs tactiles traditionnels, ce nouveau système intègre la détection directement dans le matériau lui-même. Les interactions mécaniques sont transformées en champs de couleur qu’une caméra USB peu coûteuse peut lire en temps réel. Ces travaux ont déjà abouti à des résultats démontrant la première solution en temps réel dans ce domaine.

« Vous n’imaginez pas la quantité d’informations générées lorsque votre doigt appuie sur un interrupteur. La main humaine contient plus de 10 000 mécanorécepteurs pour accomplir cette tâche, mais la détection tactile reste l’un des principaux défis de la robotique », a déclaré M. Sasso.

« Nous avons été ravis de pouvoir capturer les crêtes digitales, car aucune technologie existante ne permet de reproduire une telle densité de capteurs à une échelle et avec une simplicité comparables. L’idée centrale de ce projet était de sortir des sentiers battus : au lieu d’intégrer des réseaux de capteurs denses et surdimensionnés, la détection est intégrée au matériau lui-même, où les signaux mécaniques sont directement transformés en champs de couleur et capturés à l’aide d’une simple caméra USB peu coûteuse. » Cela permet d’obtenir des cartes de pression détaillées tout en simplifiant l’architecture du système.

Les coauteurs de l’université de Florence, de l’université de Trieste et de l’université de Trente, en Italie, s’accordent à dire que « ce qui est particulièrement puissant, c’est que l’information est déjà contenue dans le signal lumineux. On ne reconstitue plus le toucher : on l’observe directement », a déclaré le professeur James Busfield.

Résoudre un compromis de longue date

L’idée est née de la nécessité de surmonter un compromis persistant dans la détection tactile basée sur la vision : les systèmes à haute résolution nécessitent généralement des chaînes de traitement lourdes pour reconstruire la géométrie du contact, ce qui introduit une latence, tandis que les systèmes plus rapides sacrifient souvent les détails spatiaux.

La collaboration entre le professeur Federico Carpi de l’université de Florence et James Busfield fusionne les domaines de recherche de la robotique souple et de la science des matériaux. S’appuyant sur des années de travaux consacrés aux capteurs extensibles et à la caractérisation des polymères, l’équipe a progressivement amélioré la capacité à associer la souplesse mécanique à la détection fonctionnelle.

Dans ce cadre, les matériaux mécanochromiques ouvrent une nouvelle voie : au lieu de s’appuyer sur une microélectronique hautement sophistiquée pour interpréter la déformation (taxels), le matériau lui-même devient le support de détection, codant directement l’interaction mécanique en signaux optiques visibles.