Les robots et les prothèses pourraient bientôt disposer d’un sens du toucher équivalent ou supérieur à celui de la peau humaine grâce à la peau électronique codée asynchrone (ACES : Asynchronous Coded Electronic Skin), un système nerveux artificiel mis au point par une équipe de chercheurs du la NUS (National University of Singapour).
Le nouveau système de peau électronique a une très grande réactivité et robustesse aux dommages, et peut être associé à n’importe quel type de couches de peau à capteur pour fonctionner efficacement comme une peau électronique.
L’innovation, réalisée par le professeur adjoint Benjamin Tee et son équipe de NUS Materials Science and Engineering, a été présentée pour la première fois dans la prestigieuse revue scientifique Science Robotics le 18 juillet 2019.
Plus rapide que le système nerveux sensoriel humain
« Les humains utilisent leur sens du toucher pour accomplir presque toutes les tâches quotidiennes, comme prendre une tasse de café ou faire une poignée de main. Sans elle, nous perdrons même notre sens de l’équilibre en marchant. De même, les robots ont besoin d’avoir un sens du toucher pour mieux interagir avec les humains, mais les robots d’aujourd’hui ne peuvent toujours pas très bien sentir les objets « , explique le professeur Assistant Benjamin Tee, qui travaille sur les technologies électroniques de la peau depuis plus d’une décennie dans l’espoir de donner un meilleur sens du toucher aux robots et dispositifs prothétiques.
S’inspirant du système nerveux sensoriel humain, l’équipe de NUS a passé un an et demi à développer un système de capteurs qui pourrait être plus performant. Alors que le système nerveux électronique ACES détecte des signaux comme le système nerveux du capteur humain, contrairement aux faisceaux nerveux de la peau humaine, il est constitué d’un réseau de capteurs reliés par un seul conducteur électrique… Elle est également différente des peaux électroniques existantes qui ont des systèmes de câblage interconnectés qui peuvent les rendre sensibles aux dommages et difficiles à mettre à l’échelle.
En s’appuyant sur son inspiration, le professeur Benjamin Tee a déclaré : « Le système nerveux sensoriel humain est extrêmement efficace, et il fonctionne tout le temps au point que nous le tenons souvent pour acquis. Il est également très résistant aux dommages. Notre sens du toucher, par exemple, n’est pas affecté lorsque nous subissons une coupure. Si nous pouvons imiter le fonctionnement de notre système biologique et l’améliorer encore davantage, nous pouvons réaliser d’énormes progrès dans le domaine de la robotique où les peaux électroniques sont principalement appliquées. »
ACES peut détecter les contacts plus de 1000 fois plus vite que le système nerveux sensoriel humain. Par exemple, il est capable de différencier le contact physique entre différents capteurs en moins de 60 nanosecondes – le plus rapide jamais atteint pour une technologie de peau électronique – même avec un grand nombre de capteurs. La peau ACES peut également identifier avec précision la forme, la texture et la dureté des objets en 10 millisecondes, dix fois plus vite qu’en un clin d’œil. Ceci est possible grâce à la haute-fidélité et à la vitesse de capture du système ACES.
La plate-forme ACES peut également être conçue pour atteindre une grande robustesse aux dommages physiques, une propriété importante pour les peaux électroniques car elles entrent fréquemment en contact physique avec l’environnement. Contrairement au système actuel utilisé pour interconnecter les capteurs dans les peaux électroniques existantes, tous les capteurs du système ACES peuvent être connectés à un conducteur électrique commun, chaque capteur fonctionnant indépendamment. Cela permet aux peaux électroniques ACES de continuer à fonctionner tant qu’il y a une connexion entre le capteur et le conducteur, ce qui les rend moins vulnérables aux dommages.
Peaux électroniques intelligentes pour robots et prothèses
ACES dispose d’un système de câblage simple et d’une réactivité remarquable même avec un nombre croissant de capteurs. Ces caractéristiques clés faciliteront la mise à l’échelle des peaux électroniques intelligentes pour les applications d’intelligence artificielle (IA) dans les robots, les dispositifs prothétiques et autres interfaces homme-machine.
« L’extensibilité est une considération critique, car de larges morceaux de peaux électroniques de haute performance sont nécessaires pour couvrir les surfaces relativement grandes des robots et des prothèses « , explique le professeur Benjamin Tee. « ACES peut être facilement jumelé à n’importe quel type de couches de peau de capteur, par exemple, celles conçues pour détecter la température et l’humidité, pour créer une peau électronique haute performance compatible ACES avec un sens du toucher exceptionnel qui peut être utilisé à des fins très diverses, » a-t-il ajouté.
Par exemple, en associant ACES avec la couche de peau à capteur transparente, auto-cicatrisante et résistante à l’eau récemment développée par l’équipe de Benjamin Tee, cela permet de créer une peau électronique qui peut s’auto réparer, comme la peau humaine. Ce type de peau électronique peut être utilisé pour développer des membres prothétiques plus réalistes qui aideront les personnes handicapées à retrouver leur sens du toucher.
D’autres applications potentielles incluent le développement de robots plus intelligents qui peuvent effectuer des tâches de reprise après sinistre ou prendre en charge des opérations banales telles que l’emballage d’articles dans des entrepôts. L’équipe NUS envisage donc de poursuivre l’application de la plateforme ACES sur des robots et des dispositifs prothétiques avancés dans la prochaine phase de ses recherches.
https://www.facebook.com/ScienceNaturePage/videos/621971888343048/
