mercredi 31 août 2016

Des textures virtuelles perceptibles par le toucher sur les écrans


Rebondir sur un film d'air: comment moduler le frottement du doigt avec des ondes ultrasonores.
Figure: A. Lorsque nous passons un doigt sur une plaque de verre, nous percevons un frottement important. Lorsque la plaque vibre à des fréquences ultrasonores, le frottement disparaît et la plaque est soudain glissante. Cette réduction du frottement est causée par une lévitation acoustique qui diminue lasurface de contact. B. Au cours d'une oscillation, le doigt est propulsé par la vibration. Sa chute est amortie par un film d'air piégé entre la peau et la plaque de verre. Ce film agit comme un ressort qui soutient les empreintes digitales et évite le contact avec la plaque.
Les vibrations ultrasonores peuvent réduire le frottement d'un doigt humain sur une plaque de verre de plus de 95%. En observant directement le contact entre le doigt et la plaque, Michael Wiertlewski à l'Institut des sciences du mouvement et ses collègues de l'universitéNorthwestern (USA) montrent que cette réduction est causée par le rebond du doigt sur une couche d'air piégée entre la peau et le verre. Cette étude publiée dans la revue PNAS, ouvre la voie à l'enrichissement de l'interaction avec les écrans tactiles par des formes et des textures virtuelles perceptibles par le toucher.

Chercher des clefs dans ses poches, tenir un tasse ou estimer la qualité d'un tissu, sont des tâches de la vie courante qui font appel à une perception précise du frottement entre le doigt et l'environnement. Notre cerveau intègre ces informations de frottement pour estimer les propriétés mécaniques de surface touchée et, dans le cas de la saisie d'un objet, pour contrôler la force de serrage. Au vu de l'importance de l'interaction doigt-surface dans la perception tactile et dans la manipulation, il n'est pas surprenant que de nombreuses technologies essayent de créer des sensations tactiles virtuelles et programmables. Parmi les technologies les plus prometteuses, la modulation de frottement par ondes ultrasonores transverses est une candidate pour créer des reliefs sur des plaques de verre transparentes, super-imposables à des écrans tactiles.

Le phénomène physique qui produit la réduction du frottement reste mal compris. Les chercheurs apportent une nouvelle lumière sur ce phénomène, grâce à l'observation directe du contact entre la plaque et le doigt par une technique d'illumination dite réflexion totale interne frustrée. Cette technique permet d'obtenir des images de fort contraste de la texture de la peau, similaire aux images produites par les lecteurs d'empreintes digitales. En associant un système stroboscopique, les chercheurs ont pu d'observer l'évolution spatio-temporelle du contact entre le doigt et la plaque de verre avec une résolution temporelle de 1µs, soit 30 fois plus rapide qu'une oscillation de la plaque de verre.

C'est ainsi que les chercheurs ont pu observer que la peau ne flotte par au dessus de la plaque de verre mais qu'elle est en mouvement. Elle oscille tellement rapidement que l'air piégé entre les empreintes et la plaque de verre, ne peut pas s'échapper et agit comme un ressort. Le doigt est propulsé par les vibrations et quand il redescend vers l'écran de verre, son impact est amorti par un coussin d'air. Le coussin d'air réduit le frottement et produit la sensation que la plaque de verre est glissante.

Ces résultats permettent une compréhension accrue de la dynamique des tissus biologiques soumis à des vibrations ultrasonores. Ceci est particulièrement important pour concevoir les prochaines générations d'écrans haptiques, capables de transmettre des informations via lesens du toucher. Ces surfaces haptiques permettent d'augmenter l'accessibilité des interfaces homme-machine, notamment les situations où la vue n'est pas disponible comme au volant d'une voiture ou quand notre téléphone est dans notre poche.

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