Qu’est-ce qu’un capteur tactile ?
Les capteurs tactiles sont des capteurs qui imitent le sens du toucher humain.
Le dispositif de détection utilisé est un capteur qui convertit la pression et les vibrations de la surface de contact en un signal électrique. Divers efforts technologiques, notamment autour de la technologie des capteurs, sont déployés pour imiter le fonctionnement de ce capteur au sens du toucher humain. De plus, les capteurs tactiles intègrent de multiples informations, telles que la sensibilité à la température. Certains sont capables d’estimer la texture d’objets sensibles.
La sensation tactile est essentielle pour le développement de la technologie robotique, non seulement pour évaluer les propriétés et les textures des objets, mais aussi parce qu’elle joue un rôle important dans les mouvements humains de base, comme saisir des objets avec la force appropriée et écrire avec un stylo dans la main.
Utilisations des capteurs tactiles
Les capteurs tactiles sont utilisés dans les domaines du diagnostic médical et de la robotique, ainsi que dans les domaines industriels.
Récemment, cependant, les utilisations dans le domaine des espaces de jeu et du métavers, comme la réalité virtuelle (RV), nom générique de la technologie haptique, sont également très attendues.
1. Utilisations médicales des capteurs tactiles
La capacité d’évaluer la dureté d’un objet permet de détecter avec une grande sensibilité la présence de “bosses” provenant du cancer du sein et de la prostate, contribuant ainsi à la détection précoce du cancer. Elle peut également être utilisée pour l’évaluation quantitative de la dermatite et de la xérodermie en évaluant la rugosité résultant de la rugosité de la surface.
2. Utilisations des capteurs tactiles en robotique
En robotique, le développement de capteurs imitant les doigts fournit des informations permettant d’ajuster la force de préhension en tant que capteurs pour les mains robotisées.
3. Utilisations industrielles des capteurs tactiles
Dans l’industrie, la surveillance de la texture des produits peut être utile pour le contrôle de la qualité.
4. L’haptique pour la RV
Dans le monde de la RV (Réalité Virtuelle), des lunettes pour la 3D ont déjà été commercialisées, et des applications pour reproduire un monde plus réaliste dans la RV sont travaillées en attachant des combinaisons et des gants à cette RV et en installant des capteurs tactiles.
Principe des capteurs tactiles
Les capteurs tactiles utilisent divers phénomènes physiques pour convertir les forces de contact sur les objets en quantités électriques et se composent principalement de dispositifs de conversion (capteurs : éléments). Ces signaux électriques sont analysés par des circuits de traitement des signaux et de l’information. En principe, plusieurs modalités de détection peuvent être utilisées dans ces capteurs.
Par exemple, une méthode consiste à détecter la capacité électrostatique due aux changements provoqués par l’application d’une pression dans un espace conducteur en sandwich. Selon l’utilisation, les éléments céramiques piézoélectriques (PZT : titanate de zirconate de plomb) sont généralement utilisés comme éléments de capteur dans de nombreux cas. Les éléments céramiques piézoélectriques, également connus sous le nom d’éléments piézoélectriques, produisent une variation de tension lorsqu’une pression est appliquée. C’est ce qu’on appelle l’effet piézoélectrique.
La disposition des ions dans le cristal solide d’un élément piézoélectrique est modifiée par l’application d’une pression. Cela entraîne un phénomène appelé polarisation électrique où une extrémité du cristal est chargée d’électricité positive et l’autre d’électricité négative. Les informations relatives à la pression et à la fréquence des vibrations sont converties en signaux électriques par l’élément piézoélectrique. Ces signaux sont ensuite convertis en informations tactiles par l’intermédiaire des circuits de traitement analogiques et numériques respectifs comprenant des ASIC et d’autres composants.
En tant que principe optique, la position de contact d’un objet sur la surface du capteur peut être saisie en détectant les changements de la lumière diffusée dans le guide d’ondes lumineuses à l’intérieur du capteur.
Autres informations sur les capteurs tactiles
1. Marché des capteurs tactiles
La taille du marché des capteurs tactiles devrait atteindre 14 869,8 millions d’euros d’ici 2025, contre 7 586,2 millions en 2019. (Référence : Marché des capteurs tactiles (2020-2025))
Les capteurs tactiles sont un élément clé pour soutenir le développement de robots capables de travailler avec les humains. Par exemple, un robot appelé RoCycle est en cours de développement au MIT aux États-Unis. Des capteurs tactiles qui identifient les matériaux sont intégrés à la main du robot pour lui permettre de reconnaître et de trier le papier, le plastique et le métal.
L’université de technologie de Pohang, en Corée du Sud, met au point un capteur d’empreintes digitales humaines qui utilise des nanosprings et d’autres matériaux pour détecter d’infimes pressions et vibrations. À la suite de ce développement, les informations obtenues par le capteur tactile ont été analysées à l’aide de l’apprentissage automatique et il a été annoncé que huit types de fibres pouvaient être distingués avec une précision de 99,8 %. À mesure que la précision des capteurs tactiles s’améliore, la demande devrait augmenter, en particulier dans l’industrie de la robotique.
2. Capteurs tactiles MEMS
Les MEMS (systèmes microélectromécaniques) sont des dispositifs dans lesquels des capteurs, des circuits électroniques, etc. sont intégrés sur un substrat à l’aide de la technologie de la microfabrication.
Ces dernières années, les capteurs tactiles ultrasensibles utilisant la technologie MEMS ont attiré l’attention.
3. Expansion dans le domaine de l’haptique
L’haptique ne se limite pas au monde de la RV, elle trouve également sa place dans divers domaines familiers. Citons par exemple les boutons d’accueil sur les écrans de smartphones, les systèmes de navigation sur les tableaux de bord des véhicules électriques, les stylets pour l’authentification électronique et les claviers de PC.
Dans ces domaines, la manière de réaliser des capteurs tactiles compacts, légers, minces et réalistes est cruciale en termes de technologie haptique. Les fabricants travaillent donc d’arrache-pied pour développer une technologie MEMS, une technologie de dispositifs piézoélectriques et des logiciels d’application à la pointe du progrès.