25 novembre 2023 (Projecteur Nanowerk) Depuis le début des années 1990, la quête visant à améliorer les expériences de réalité virtuelle, augmentée et mixte a poussé les chercheurs à innover dans le domaine des interfaces haptiques. Ces interfaces visent à fournir un retour tactile réaliste, un élément essentiel pour les environnements numériques totalement immersifs. Cependant, développer des systèmes haptiques qui soient non seulement légers et confortables, mais également capables de transmettre une gamme de sensations tactiles constitue un défi important et permanent. Les récents dispositifs portables souples utilisant des alliages à mémoire de forme, des pneumatiques à base d'air ou des composants électroniques flexibles encapsulés dans des élastomères ont fait des progrès en matière de confort. Mais ces approches existantes restent limitées dans leur capacité à fournir des signaux haptiques nuancés au-delà de la simple vibration. Cela restreint l’étendue des informations qu’ils peuvent communiquer intuitivement aux utilisateurs. En conséquence, l’haptique actuelle représente toujours un goulot d’étranglement tactile qui freine la portée des interactions virtuelles. Aujourd’hui, des chercheurs de l’Institut avancé coréen des sciences et technologies (KAIST) ont fait état d’une avancée majeure. textile intelligent qui s’attaque à ces limitations. Leur tissu auxétique haptique portable (WHAF) combine une superbe portabilité avec une capacité remarquable à générer des motifs haptiques complexes dans l'espace et dans le temps. Les résultats sont publiés dans Matériaux avancés (« Architecture de nœud SMA auxétique facile à porter pour les retours haptiques spatio-temporels et multimodaux »).
Schéma de fabrication de WHAF et de ses propriétés structurelles. a) Illustration schématique du comportement du tissu SMA noué auxétique lorsqu'une force externe est appliquée pour déformer la structure et est chauffée pour revenir à sa forme pré-mémorisée. b) Caractéristique d'ajustement de forme du WHAF couvrant un globe sphérique et un ballon de football ayant une forme sphéroïde allongée. Barres d'échelle : 15 mm (à gauche) et 45 mm (à droite). c) Image montrant le tissu SMA noué auxétique fabriqué comme un tissu actif relié au tissu passif par simple couture. L'image agrandie, délimitée par les points rouges, montre comment les fils SMA sont entrelacés et noués pour former un pavage de l'unité rentrante. L'image agrandie, délimitée par les points bleus, montre comment les bords du tissu actif sont cousus avec le tissu passif. d) Comparaison du flux de courant dans les fils SMA nus et les fils SMA recouverts de parylène, tous deux ayant un contact physique en un point. L'image ci-dessous montre comment le chauffage Joule spécifié par zone résulte de la contraction des seules colonnes appliquées à l'énergie électrique. e) Illustrations schématiques montrant le WHAF porté pour fournir un retour de force tactile spécifique à une zone, ou pour servir de conseiller personnel en matière d'exercice en fournissant un retour kinesthésique. (Réimprimé avec la permission de Wiley-VCH Verlag) Les comportements physiques inhabituellement dynamiques du WHAF dérivent de sa nouvelle métastructure. Les chercheurs ont entrelacé et noué des paires de fils en alliage à mémoire de forme sensibles dans un arrangement de réseau auxétique présentant une géométrie rentrante. Cette topologie permet au WHAF de s'étendre ou de se contracter complètement en trois dimensions, affichant un effet de coefficient de Poisson négatif rare, invisible dans les tissus normaux. Les structures auxétiques se dilatent perpendiculairement lorsqu'elles sont étirées plutôt que de s'amincir, ce qui confère une excellente conformabilité.
« Auxétique » fait référence à une propriété des matériaux qui se comportent de manière contre-intuitive lorsqu'ils sont étirés ou compressés. Dans la plupart des matériaux, lorsque vous les séparez (les étirez), ils deviennent plus fins dans la direction perpendiculaire et lorsque vous les comprimez, ils se dilatent dans la direction perpendiculaire. Ceci est quantifié par une propriété appelée coefficient de Poisson, qui est positive pour ces matériaux typiques.
Cependant, dans les matériaux auxétiques, ce comportement est inversé. Lorsque vous étirez des matériaux auxétiques, ils deviennent plus épais dans la direction perpendiculaire et lorsque vous les comprimez, ils deviennent plus minces dans la direction perpendiculaire. Cela signifie que les matériaux auxétiques ont un coefficient de Poisson négatif.
Cette propriété inhabituelle confère aux matériaux auxétiques des avantages uniques, tels qu'une absorption d'énergie élevée et une résistance à la rupture, et peut améliorer d'autres propriétés telles que la rigidité au cisaillement. En raison de ces caractéristiques, les matériaux auxétiques trouvent des applications dans un large éventail de domaines, notamment les équipements de protection, les dispositifs médicaux, l'aérospatiale et, comme dans le cas de l'article, les textiles avancés pour le retour haptique dans les environnements de réalité virtuelle. Leur capacité à s’étendre dans toutes les directions lorsqu’ils sont étirés peut être particulièrement utile pour créer des produits plus confortables, adaptables et efficaces.
En plus d'assurer une excellente extensibilité, drapé et conformabilité de forme pour un ajustement parfait contre la peau, l'architecture auxétique du WHAF lui confère un talent hors du commun. Profitant de l’interconnectivité du réseau, l’équipe a appliqué un mince microfilm isolant pour contrôler séparément le chauffage des jonctions de fils individuelles au sein des nœuds. En conséquence, la tension peut actionner sélectivement des régions localisées du tissu. Cela permet un actionnement spécifié par zone sans précédent pour les textiles haptiques, ouvrant ainsi des possibilités de stimulation spatio-temporelle.
Alors que les précédents tissus intelligents en alliage à mémoire de forme ne pouvaient présenter qu'une contraction totalement uniforme, le contrôle segmenté du WHAF permet des modèles complexes de compression et d'ondes de pression de balayage. Les utilisateurs perçoivent ces séquences tactiles complexes comme des formes, des textures et des mouvements tactiles perceptibles. Par exemple, les chercheurs ont démontré que le WHAF communiquait des signaux directionnels via des impulsions de compression séquentielles autour de l'avant-bras.
De plus, la modulation de la tension ajuste le timing et la rigidité de la force de sortie dans les régions actionnées. Combiné à son excellente adhérence cutanée une fois porté, cela permet au WHAF léger de fournir un retour de résistance kinesthésique facilement perceptible. Les chercheurs ont montré que le port du tissu sur les articulations transformait la flexion des doigts et la flexion des bras en mouvements sensiblement plus intenses.
Les tests utilisateur ont mis en évidence la précision et l'intuitivité exceptionnelles du vaste vocabulaire haptique du WHAF. Les participants ont identifié de manière fiable les invites de navigation directionnelles et les modèles spatiaux diffusés à travers le tissu. Le WHAF permet ainsi des applications pratiques telles que la navigation mobile mains libres. Pendant ce temps, dans une simulation immersive de rover virtuel, l’haptique WHAF a permis aux utilisateurs de contourner un terrain de cratère obstructif malgré une poussière aveuglante qui entravait la vision.
Les chercheurs suggèrent que leur textile intelligent auxétique adaptable constitue une avancée technologique en matière d’interface haptique multimodale polyvalente. La portabilité inégalée et les capacités d'actionnement dynamique du WHAF aident à résoudre les principales limitations des tissus et des peaux pour les réalités virtuelles interactives. Sa transmission de sensations tactiles nuancées à travers des signaux couvrant toutes les modalités facilement compréhensibles pourrait considérablement améliorer l'intuitivité et la maniabilité lors de l'exploration des espaces numériques.
Schéma de fabrication de WHAF et de ses propriétés structurelles. a) Illustration schématique du comportement du tissu SMA noué auxétique lorsqu'une force externe est appliquée pour déformer la structure et est chauffée pour revenir à sa forme pré-mémorisée. b) Caractéristique d'ajustement de forme du WHAF couvrant un globe sphérique et un ballon de football ayant une forme sphéroïde allongée. Barres d'échelle : 15 mm (à gauche) et 45 mm (à droite). c) Image montrant le tissu SMA noué auxétique fabriqué comme un tissu actif relié au tissu passif par simple couture. L'image agrandie, délimitée par les points rouges, montre comment les fils SMA sont entrelacés et noués pour former un pavage de l'unité rentrante. L'image agrandie, délimitée par les points bleus, montre comment les bords du tissu actif sont cousus avec le tissu passif. d) Comparaison du flux de courant dans les fils SMA nus et les fils SMA recouverts de parylène, tous deux ayant un contact physique en un point. L'image ci-dessous montre comment le chauffage Joule spécifié par zone résulte de la contraction des seules colonnes appliquées à l'énergie électrique. e) Illustrations schématiques montrant le WHAF porté pour fournir un retour de force tactile spécifique à une zone, ou pour servir de conseiller personnel en matière d'exercice en fournissant un retour kinesthésique. (Réimprimé avec la permission de Wiley-VCH Verlag) Les comportements physiques inhabituellement dynamiques du WHAF dérivent de sa nouvelle métastructure. Les chercheurs ont entrelacé et noué des paires de fils en alliage à mémoire de forme sensibles dans un arrangement de réseau auxétique présentant une géométrie rentrante. Cette topologie permet au WHAF de s'étendre ou de se contracter complètement en trois dimensions, affichant un effet de coefficient de Poisson négatif rare, invisible dans les tissus normaux. Les structures auxétiques se dilatent perpendiculairement lorsqu'elles sont étirées plutôt que de s'amincir, ce qui confère une excellente conformabilité.
« Auxétique » fait référence à une propriété des matériaux qui se comportent de manière contre-intuitive lorsqu'ils sont étirés ou compressés. Dans la plupart des matériaux, lorsque vous les séparez (les étirez), ils deviennent plus fins dans la direction perpendiculaire et lorsque vous les comprimez, ils se dilatent dans la direction perpendiculaire. Ceci est quantifié par une propriété appelée coefficient de Poisson, qui est positive pour ces matériaux typiques.
Cependant, dans les matériaux auxétiques, ce comportement est inversé. Lorsque vous étirez des matériaux auxétiques, ils deviennent plus épais dans la direction perpendiculaire et lorsque vous les comprimez, ils deviennent plus minces dans la direction perpendiculaire. Cela signifie que les matériaux auxétiques ont un coefficient de Poisson négatif.
Cette propriété inhabituelle confère aux matériaux auxétiques des avantages uniques, tels qu'une absorption d'énergie élevée et une résistance à la rupture, et peut améliorer d'autres propriétés telles que la rigidité au cisaillement. En raison de ces caractéristiques, les matériaux auxétiques trouvent des applications dans un large éventail de domaines, notamment les équipements de protection, les dispositifs médicaux, l'aérospatiale et, comme dans le cas de l'article, les textiles avancés pour le retour haptique dans les environnements de réalité virtuelle. Leur capacité à s’étendre dans toutes les directions lorsqu’ils sont étirés peut être particulièrement utile pour créer des produits plus confortables, adaptables et efficaces.
En plus d'assurer une excellente extensibilité, drapé et conformabilité de forme pour un ajustement parfait contre la peau, l'architecture auxétique du WHAF lui confère un talent hors du commun. Profitant de l’interconnectivité du réseau, l’équipe a appliqué un mince microfilm isolant pour contrôler séparément le chauffage des jonctions de fils individuelles au sein des nœuds. En conséquence, la tension peut actionner sélectivement des régions localisées du tissu. Cela permet un actionnement spécifié par zone sans précédent pour les textiles haptiques, ouvrant ainsi des possibilités de stimulation spatio-temporelle.
Alors que les précédents tissus intelligents en alliage à mémoire de forme ne pouvaient présenter qu'une contraction totalement uniforme, le contrôle segmenté du WHAF permet des modèles complexes de compression et d'ondes de pression de balayage. Les utilisateurs perçoivent ces séquences tactiles complexes comme des formes, des textures et des mouvements tactiles perceptibles. Par exemple, les chercheurs ont démontré que le WHAF communiquait des signaux directionnels via des impulsions de compression séquentielles autour de l'avant-bras.
De plus, la modulation de la tension ajuste le timing et la rigidité de la force de sortie dans les régions actionnées. Combiné à son excellente adhérence cutanée une fois porté, cela permet au WHAF léger de fournir un retour de résistance kinesthésique facilement perceptible. Les chercheurs ont montré que le port du tissu sur les articulations transformait la flexion des doigts et la flexion des bras en mouvements sensiblement plus intenses.
Les tests utilisateur ont mis en évidence la précision et l'intuitivité exceptionnelles du vaste vocabulaire haptique du WHAF. Les participants ont identifié de manière fiable les invites de navigation directionnelles et les modèles spatiaux diffusés à travers le tissu. Le WHAF permet ainsi des applications pratiques telles que la navigation mobile mains libres. Pendant ce temps, dans une simulation immersive de rover virtuel, l’haptique WHAF a permis aux utilisateurs de contourner un terrain de cratère obstructif malgré une poussière aveuglante qui entravait la vision.
Les chercheurs suggèrent que leur textile intelligent auxétique adaptable constitue une avancée technologique en matière d’interface haptique multimodale polyvalente. La portabilité inégalée et les capacités d'actionnement dynamique du WHAF aident à résoudre les principales limitations des tissus et des peaux pour les réalités virtuelles interactives. Sa transmission de sensations tactiles nuancées à travers des signaux couvrant toutes les modalités facilement compréhensibles pourrait considérablement améliorer l'intuitivité et la maniabilité lors de l'exploration des espaces numériques.
– Michael est l'auteur de trois livres de la Royal Society of Chemistry :
Nano-société: repousser les limites de la technologie,
Nanotechnologie: l'avenir est minusculeet
Nanoingénierie: les compétences et les outils qui rendent la technologie invisible
Copyright ©
Nanowerk LLC
Devenez auteur invité Spotlight! Rejoignez notre grand groupe de contributeurs invités. Vous venez de publier un article scientifique ou avez-vous d'autres développements passionnants à partager avec la communauté des nanotechnologies? Voici comment publier sur nanowerk.com.
- Contenu propulsé par le référencement et distribution de relations publiques. Soyez amplifié aujourd'hui.
- PlatoData.Network Ai générative verticale. Autonomisez-vous. Accéder ici.
- PlatoAiStream. Intelligence Web3. Connaissance Amplifiée. Accéder ici.
- PlatonESG. Carbone, Technologie propre, Énergie, Environnement, Solaire, La gestion des déchets. Accéder ici.
- PlatoHealth. Veille biotechnologique et essais cliniques. Accéder ici.
- La source: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64111.php
