Le système de capteur unique répond 1, 000 fois plus rapide que le sens du toucher humain, le plus rapide jamais réalisé pour un e-skin

Les robots et les prothèses pourraient bientôt avoir un sens du toucher équivalent à, ou mieux que, la peau humaine avec la peau électronique codée asynchrone (ACES), un système nerveux artificiel développé par une équipe de chercheurs de l'Université nationale de Singapour (NUS).

Le nouveau système de peau électronique a atteint une réactivité et une robustesse ultra-élevées aux dommages, et peut être associé à tout type de couches de peau de capteur pour fonctionner efficacement comme une peau électronique.

La nouveauté, réalisé par le professeur adjoint Benjamin Tee et son équipe du Département de science et génie des matériaux de la Faculté de génie NUS, a été signalé pour la première fois dans une prestigieuse revue scientifique Robotique scientifique le 18 juillet 2019.

Plus rapide que le système nerveux sensoriel humain

"Les humains utilisent notre sens du toucher pour accomplir presque toutes les tâches quotidiennes, comme prendre une tasse de café ou faire une poignée de main. Sans ça, nous perdrons même notre sens de l'équilibre en marchant. De la même manière, les robots doivent avoir le sens du toucher pour mieux interagir avec les humains, mais les robots d'aujourd'hui ne peuvent toujours pas très bien sentir les objets, " a expliqué le professeur adjoint Tee, qui travaille sur les technologies électroniques de la peau depuis plus d'une décennie dans l'espoir de donner aux robots et aux prothèses un meilleur sens du toucher.

S'inspirant du système nerveux sensoriel humain, l'équipe NUS a passé un an et demi à développer un système de capteurs qui pourrait potentiellement être plus performant. Alors que le système nerveux électronique d'ACES détecte des signaux comme le système nerveux du capteur humain, il est constitué d'un réseau de capteurs reliés par un seul conducteur électrique, contrairement aux faisceaux nerveux de la peau humaine. Il est également différent des peaux électroniques existantes qui ont des systèmes de câblage interconnectés qui peuvent les rendre sensibles aux dommages et difficiles à étendre.

Élaborer sur l'inspiration, Professeur adjoint Tee, qui occupe également des postes au département de génie électrique et informatique de la NUS, NUS Institute for Health Innovation &Technology (iHealthTech), N.1 Institute for Health et le programme Hybrid Integrated Flexible Electronic Systems (HiFES), mentionné, "Le système nerveux sensoriel humain est extrêmement efficace, et cela fonctionne tout le temps dans la mesure où 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 le rendre encore meilleur, nous pouvons apporter d'énormes progrès dans le domaine de la robotique où les peaux électroniques sont principalement appliquées."

ACES peut détecter des contacts plus de 1, 000 fois plus rapide que le système nerveux sensoriel humain. Par exemple, il est capable de différencier les contacts physiques entre différents capteurs en moins de 60 nanosecondes, le plus rapide jamais réalisé pour une technologie de peau électronique, même avec un grand nombre de capteurs. La peau compatible ACES peut également identifier avec précision la forme, texture et dureté des objets en 10 millisecondes, dix fois plus vite qu'un clignement d'œil. Ceci est rendu possible par la haute fidélité et 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 en contact physique fréquent avec l'environnement. Contrairement au système actuel utilisé pour interconnecter les capteurs dans les peaux électroniques existantes, tous les capteurs d'ACES peuvent être connectés à un conducteur électrique commun, chaque capteur fonctionnant indépendamment. Cela permet aux peaux électroniques compatibles ACES de continuer à fonctionner tant qu'il y a une connexion entre le capteur et le conducteur, les rendant moins vulnérables aux dommages.

Skins électroniques intelligents pour robots et prothèses

Le système de câblage simple et la réactivité remarquable d'ACES, même avec un nombre croissant de capteurs, sont des caractéristiques clés qui faciliteront la mise à l'échelle des peaux électroniques intelligentes pour les applications d'intelligence artificielle (IA) dans les robots, prothèses et autres interfaces homme-machine.

"L'évolutivité est une considération critique car de gros morceaux de peaux électroniques hautes performances sont nécessaires pour couvrir les surfaces relativement grandes des robots et des prothèses, " a expliqué le professeur adjoint Tee. " ACES peut être facilement associé à n'importe quel type de couche de peau de capteur, par exemple, ceux conçus pour détecter les températures et l'humidité, pour créer une peau électronique haute performance compatible ACES avec un sens du toucher exceptionnel qui peut être utilisé pour un large éventail d'applications, " il ajouta.

Par exemple, jumeler ACES avec le transparent, couche de peau de capteur auto-cicatrisante et résistante à l'eau également récemment développée par l'équipe d'Asst Prof Tee, crée 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 restaurer leur sens du toucher.

D'autres applications potentielles incluent le développement de robots plus intelligents capables d'effectuer des tâches de reprise après sinistre ou de prendre en charge des opérations banales telles que l'emballage d'articles dans des entrepôts. L'équipe NUS cherche donc à appliquer davantage la plate-forme ACES sur des robots avancés et des prothèses dans la prochaine phase de leurs recherches.