L’haptique : pourquoi donner le sens du toucher aux machines ?

« Hap­tique ». Si le mot peut paraître com­plexe, le concept est simple : il désigne tout ce qui est en rap­port avec le sens du tou­cher. De nom­breuses équipes de recherche, dans le monde entier, tentent de mieux com­prendre ce sens mais essaient éga­le­ment de le repro­duire – un peu comme une camé­ra repro­duit la vue. 

Ce domaine d’étude n’est d’ailleurs pas nou­veau : « La sen­sa­tion hap­tique est un sujet qui date. Cela fait qua­rante ans que des cher­cheurs essaient de réa­li­ser des cap­teurs hap­tiques ! » pré­cise Kostas Danas, direc­teur de recherche du labo­ra­toire de méca­nique des solides à l’École poly­tech­nique et au CNRS. 

Nous inter­agis­sons au quo­ti­dien avec un type de tech­no­lo­gie hap­tique : le feed­back hap­tique, ce « retour » don­né à l’utilisateur par une vibra­tion qui sti­mule le sens du tou­cher – comme lorsqu’un télé­phone vibre lorsqu’on appuie sur un bou­ton. De même, c’est cette tech­no­lo­gie qui est uti­li­sée dans les gants de réa­li­té virtuelle. 

Si sti­mu­ler le sens du tou­cher est cou­rant dans la tech­no­lo­gie actuelle, réa­li­ser un maté­riau hap­tique – c’est-à-dire repro­duire ce sens – reste pour­tant un défi. Depuis 2015, Kostas Danas et son équipe tra­vaillent sur un maté­riau pré­sen­tant ces pro­prié­tés. « C’est un nou­veau type de maté­riau très souple : on réa­lise un com­po­site à par­tir d’un poly­mère dans lequel on met des par­ti­cules qui sont magné­ti­sables » pour­suit le cher­cheur. « On peut notam­ment uti­li­ser des par­ti­cules qui res­tent magné­ti­sées en per­ma­nence après l’application d’un champ magné­tique, ce qui donne un aimant souple. » Ces par­ti­cules pro­viennent d’ailleurs du même type de maté­riau que ceux qui sont uti­li­sés dans les aimants classiques. 

Quand vous tou­chez quelque chose le maté­riau va se défor­mer et le champ magné­tique va chan­ger autour de lui.

Lors de l’application du champ magné­tique, le maté­riau va se défor­mer. À l’inverse, lorsqu’il est défor­mé après avoir été magné­ti­sé, il va agir sur le champ magné­tique qui l’entoure. Ce sont ces pro­prié­tés et cette sou­plesse qui lui donnent ses carac­té­ris­tiques hap­tiques. « Quand vous tou­chez quelque chose, le maté­riau va se défor­mer, et le champ magné­tique va chan­ger autour de lui. Ce chan­ge­ment sera mesu­rable : on joue avec les alter­nances de champs magné­tiques, à la suite de la défor­ma­tion, pour mesu­rer le tou­cher » explique Kostas Danas. Ce type de tech­no­lo­gie capable de mesu­rer le tou­cher se nomme « sen­seurs haptiques ».

Les uti­li­sa­tions pos­sibles de ces sen­seurs hap­tiques sont diverses. La sou­plesse du maté­riau créé per­met notam­ment de s’adapter à toute forme de robot. « Les sen­seurs hap­tiques ont des appli­ca­tions dans tous les domaines où il y a des robots. Actuel­le­ment, on n’a presque aucun robot qui a ce sens du tou­cher. Pour le moment, ils voient seule­ment avec des camé­ras » explique Kostas Danas. Or ajou­ter ce sens aux robots peut avoir de nom­breuses uti­li­tés dif­fé­rentes, comme dans le domaine bio­mé­di­cal, pour les chi­rur­gies mini-inva­sives¹. 

Ce type de chi­rur­gie consiste en effet à réa­li­ser une opé­ra­tion à tra­vers une petite inci­sion et avec l’assistance d’une vidéo, soit avec de longs ins­tru­ments, soit sur des robots équi­pés de petites camé­ras. Mais la vidéo 2D limite les pos­si­bi­li­tés qu’offrent ces robots : leur don­ner un sens sup­plé­men­taire pour­rait gran­de­ment aug­men­ter leurs capa­ci­tés et la quan­ti­té d’information qu’ils peuvent retour­ner au chi­rur­gie. Ain­si, plus de chi­rur­gies seraient éli­gibles à ce type de fonc­tion­ne­ment, ce qui serait avan­ta­geux pour la méde­cine : en effet, la chi­rur­gie mini-inva­sive per­met de réduire à la fois les risques encou­rus et le temps de réta­blis­se­ment après l’opération.  

Une autre appli­ca­tion à envi­sa­ger dans le domaine bio­mé­di­cal concerne l’évaluation de l’élasticité des tis­sus, et leur pal­pa­tion. Ce geste, géné­ra­le­ment réa­li­sé aujourd’hui à mains nues par le chi­rur­gien, est extrê­me­ment impor­tant pour trou­ver les artères et les tumeurs éven­tuelles dans le corps, tout en déter­mi­nant la qua­li­té des tis­sus du patient. Cepen­dant, il peut arri­ver que les méde­cins ratent nodules et petites bosses pen­dant leur ins­pec­tion. De petits robots dotés de capa­ci­tés hap­tiques très sen­sibles pour­raient donc assis­ter les chi­rur­giens dans ce geste, afin de s’assurer que tout est détecté. 

La sou­plesse du maté­riau créé per­met notam­ment de s’adapter à toute forme de robot. 

Enfin, ce sont les pro­thèses qui pour­raient être équi­pées de sen­seurs hap­tiques. Une per­sonne ampu­tée de la main pour­rait ain­si pos­sé­der des cap­teurs hap­tiques au niveau des doigts de la pro­thèse, qui ren­ver­raient des sen­sa­tions dans toute la main. De plus, les cap­teurs hap­tiques sont aus­si à consi­dé­rer pour véri­fier l’ajustement de la pro­thèse lorsque la per­sonne réa­lise des mou­ve­ments. En effet, sur le long terme, avec les dif­fé­rents mou­ve­ments de la vie quo­ti­dienne, un mau­vais ajus­te­ment de pro­thèse peut mener à de nom­breux pro­blèmes au niveau de la par­tie du corps concernée. 

Les sen­seurs hap­tiques peuvent aus­si être utiles dans la vie de tous les jours, et amé­lio­rer les sys­tèmes déjà pré­sents. Les ascen­seurs, par exemple, com­portent géné­ra­le­ment un cap­teur de mou­ve­ment qui empêche les portes de se refer­mer. « Mais ces cap­teurs sont pho­to­sen­sibles, ils cessent de fonc­tion­ner si la lumière est cas­sée, pré­cise Kostas Danas, ou s’ils sont mal pla­cés, notam­ment par rap­port à la taille des enfants ». On pour­rait alors ima­gi­ner des cap­teurs hap­tiques qui bloquent la porte s’ils sentent un obstacle. 

Le maté­riau hap­tique a donc de nom­breux champs d’application pos­sible en tant que sen­seur hap­tique, mais ces appli­ca­tions ne s’y limitent pas. « Il y a déjà une entre­prise qui uti­lise ces maté­riaux-là pour créer des micro-robots qui apportent des médi­ca­ments loca­le­ment dans le corps. Comme ces maté­riaux sont acces­sibles avec un aimant, on peut les gui­der depuis l’extérieur. Ils pour­raient ain­si être dépla­cés dans les fluides, qui sont autre­ment com­pli­qués à tra­ver­ser. »

Tou­te­fois, les appli­ca­tions prin­ci­pales de ce nou­veau maté­riau res­tent pro­ba­ble­ment à décou­vrir, comme le pré­voit Kostas Danas : « Les appli­ca­tions appa­raissent au fur et à mesure que dif­fé­rentes per­sonnes de l’industrie ou des start-ups s’y inté­ressent. » Le cher­cheur a d’ailleurs reçu cette année une bourse du Conseil euro­péen de la recherche, afin de déve­lop­per une piste appli­ca­tive pour le maté­riau haptique. 

Gaia Jouanna