Les récents progrès des technologies de réalité virtuelle accélèrent l’interaction immersive entre l’humain et les mondes virtuels 3D augmentés. Ici, les auteurs discutent des technologies de rétroaction olfactive qui facilitent l’interaction avec des objets réels et virtuels, ainsi que l’évolution des dispositifs portables pour les applications de réalité virtuelle/augmentée (VR/AR) immersives.
La technologie de réalité virtuelle (VR) utilise généralement des dispositifs visuels et auditifs, tels que des casques de réalité virtuelle et des lunettes VR, mais une immersion plus profonde dans les espaces virtuels peut être obtenue grâce à des dispositifs portables comme des gants, des exosquelettes, des chaussures, etc., et des peaux électroniques (e-skin)1. Ces dispositifs portables permettent la réalisation d’une perception sensorielle complète ou d’une sensation corporelle, nécessitant la capacité de percevoir les mouvements humains, de simuler des sensations et d’être flexibles et confortables pour les utilisateurs (Fig. 1). Récemment, les capteurs de détection de signaux physiques, tels que l’étirement, la pression, la température, etc., se sont multipliés. Ils peuvent être utilisés pour la biodétection et la détection des signaux de mouvement humain2. De plus, les systèmes portables intégrant plusieurs types d’actionneurs flexibles, tels que les actionneurs à tendon, les actionneurs pneumatiques et les actionneurs électrostatiques, peuvent réaliser respectivement des rétroactions kinesthésiques, électro-tactiles, vibrotactiles et thermo-tactiles. Ces systèmes fournissent une stimulation tactile aux récepteurs sensoriels de la peau3. La rétroaction haptique multimodale permet aux utilisateurs une meilleure expérience sensorielle immersive en améliorant l’interaction entre les humains et les environnements virtuels. Par exemple, une bague de perception tactile augmentée et de rétroaction haptique, équipée de capteurs multimodaux englobant la détection tactile, la détection de température et la rétroaction englobant les stimuli haptiques vibratoires et thermiques, démontre le potentiel au-delà des bagues commerciales4. Une interface haptique sans fil intégrée à la peau utilisant des réseaux d’actionneurs offre des mécanismes multimodaux pour des rétroactions complexes. Dans cette interface, divers modes de rétroaction, y compris mécanique, électrotactile et thermique, sont utilisés pour cibler sélectivement différents récepteurs cutanés, offrant aux utilisateurs diverses sensations haptiques5. La fusion de la technologie d’affichage VR avec cette sensation somatosensorielle multimodale pour la perception et la rétroaction corporelle complète est essentielle pour les futures applications du métavers. Une société virtuelle 3D augmentée, c’est-à-dire un monde VR 4D, pourrait faciliter des expériences intelligentes et interactives dans divers domaines tels que les interactions sociales, l’éducation, le divertissement, les soins de santé, etc.
Tout aussi importantes que les sensations visuelles, auditives et tactiles traditionnelles, l’olfaction exerce à la fois des influences physiologiques et psychologiques sur les humains. Le rôle pivot de l’olfaction dans la formation des expériences humaines est indéniable, étant donné que de nombreux aspects de la vie quotidienne influencés par les odeurs émanent de processus industriels, de transport, de produits ménagers, etc. Avec des avancées significatives en chimie, biologie et neurosciences, les capteurs d’odeurs (capteurs de gaz/liquides) connaissent un développement rapide dans le décodage de mélanges d’odeurs complexes facilité par des électroniques de détection rigides conventionnelles et innovantes flexibles. Ils fournissent des méthodes non invasives pour détecter des biomarqueurs et informer sur les processus métaboliques et la progression des maladies chez les humains et les plantes, ce qui est très attrayant pour la surveillance de la santé en temps réel et les diagnostics au point de soin. Un capteur de gaz bio-fluorométrique hautement sensible « bio-sniffer » basé sur une réaction enzymatique est développé pour mesurer la concentration d’éthanol (EtOH) transcutané après avoir bu6. Simultanément, l’émergence de l’analyse de données basée sur l’intelligence artificielle (IA) introduit le potentiel d’améliorer les fonctionnalités des capteurs vers une détection intelligente. En exploitant les capacités robustes d’extraction de caractéristiques de l’apprentissage automatique, des caractéristiques précieuses précédemment subtiles dans les sorties de signaux complexes peuvent être discernées et exploitées, ce qui peut être utilisé pour atteindre des perceptions sensorielles avancées. Un réseau de détection tactile-olfactif est développé pour permettre l’acquisition en temps réel de la topographie locale, de la rigidité et de l’odeur de divers objets sans entrée visuelle7, en exploitant l’algorithme d’IA olfactif-tactile bio-inspiré. De plus, un seul cantilever piézoélectrique est utilisé pour détecter la température et la concentration de CO2 avec l’interférence de l’humidité et de la température pour une sensation et une surveillance sans contact de la respiration humaine et de l’écosystème des plantes8. Les nez/langues photoniques sont les outils émergents vitaux qui utilisent la technologie optique pour imiter les systèmes olfactifs humains. Le nez/langue photonique infrarouge moyen distingue différentes olfactions en analysant les spectres d’absorption d’échantillons de liquide et de gaz9,10. Ils offrent des avantages tels qu’une haute sensibilité, une réponse rapide et une détection sans contact, les rendant précieux dans les applications médicales, de l’industrie alimentaire et de surveillance environnementale. Le développement et l’application de nez et de langues artificiels avec une capacité supérieure à celle de l’homme dans la technologie de détection optique améliorée par l’IA sont cruciaux pour améliorer la sensibilité et la précision de la détection des odeurs et des goûts.
Contrairement aux canaux sensoriels visuels, auditifs et tactiles, l’olfaction est un sens chimique non linéaire, ce qui rend difficile le développement d’un système de rétroaction olfactive techniquement complet pour un contrôle précis de la génération et de la distribution des odeurs. Les technologies de rétroaction olfactive rapportées jusqu’à présent rencontrent encore de grands défis. Les technologies actuelles de génération d’olfaction luttent avec des dimensions encombrantes, une variété limitée de parfums et des temps de réponse lents. Ces technologies de génération d’olfaction sont principalement associées à de grands instruments conçus pour générer des odeurs dans une zone/pièce fermée ou un ensemble VR intégré encombrant. Par conséquent, ces approches de rétroaction olfactive sont loin derrière l’avancement des dispositifs VR basés sur la vision/audition, limitant ainsi sévèrement leurs applications potentielles. Par exemple, un affichage olfactif pour mélanger de nombreux ingrédients dans n’importe quelle recette a été développé sur la base de vannes solénoïdes et d’atomiseurs à ondes acoustiques de surface11. Cependant, les circuits et systèmes encombrants rendent difficile leur transformation en solutions portables. De plus, une membrane fibreuse bionique (BFM) intégrée à la fonction d’évaporation accélérée par champ électrostatique est appliquée pour réaliser le système de génération olfactive virtuelle12. Bien qu’elle réalise la fonctionnalité de génération d’odeurs portables et de 4 odeurs, le temps de réponse de ce système doit encore être amélioré. Par conséquent, Liu et al. ont rapporté un système de rétroaction olfactive intégré à la peau avec des capacités programmables sans fil basé sur un réseau de générateurs d’odeurs (OG) flexibles et miniaturisés pour les applications VR olfactives13, qui démontre des performances exceptionnelles, y compris des taux de réponse rapides à la concentration d’odeurs, une opération continue prolongée, une stabilité mécanique/électrique robuste et une consommation d’énergie minimale. De plus, ils ont développé un réseau d’OG avec des algorithmes d’intelligence artificielle (IA) avancés14, qui présentent des avancées marquantes dans diverses caractéristiques de performance, y compris un temps de réponse de niveau milliseconde (70 ms), une consommation d’énergie de niveau milliwatt (84,8 mW), une taille miniaturisée (11 mm × 10 mm × 1,8 mm), et une grande stabilité (12 heures de fonctionnement continu). Les générateurs d’odeurs miniaturisés avec des temps de réponse de niveau milliseconde, une consommation d’énergie de niveau milliwatt, une taille compacte, une stabilité et un grand nombre de fournitures d’odeurs établissent un pont entre l’électronique et les utilisateurs pour des applications larges allant du divertissement à l’éducation, au traitement médical et aux interfaces homme-machine. Comparés aux technologies de rétroaction olfactive traditionnelles, les générateurs d’odeurs rapportés par Liu et al. basés sur le changement de phase physique de la cire paraffinée odorante en contrôlant la température de chauffage présentent des avancées dans la réalisation de 32 odeurs avec des concentrations ajustables et une longue durée de fonctionnement pour soutenir une utilisation à long terme sans remplacement fréquent. De plus, l’ensemble du système est le premier à être construit sur un substrat souple intégré à la peau et équipé d’un panneau de contrôle électronique intelligent apparié, permettant une opération à distance de divers types d’odeurs sélectives selon les besoins des utilisateurs.
En exploitant la rétroaction olfactive avancée intégrée aux technologies portables/flexibles13,14, les réseaux de génération d’odeurs à canaux élevés d’un format miniaturisé, léger et flexible élargissent le potentiel interactif des applications VR, facilitant l’apprentissage expérientiel et la modulation émotionnelle (Fig. 2). Les utilisateurs contrôlent la génération d’odeurs dans le monde virtuel par le déclenchement d’événements dans le monde réel, ce qui peut mieux aider les débutants à reconnaître l’odeur de différents types de fleurs et de plantes, et à servir de fonction d’enseignement. Il peut également être utilisé comme rétroaction importante dans les jeux VR, comme la cueillette de différents fruits dans un verger virtuel et la simulation d’arrangements floraux. De plus, l’importance de la technologie de génération olfactive réside dans sa capacité à améliorer l’immersion et le réalisme en simulant diverses odeurs qui évoquent des réponses émotionnelles et approfondissent l’engagement cognitif. Bien que la VR se concentre principalement sur les sens visuels et auditifs, l’ajout de stimuli olfactifs enrichit l’expérience sensorielle, favorisant un sens de présence plus profond dans l’environnement virtuel. Les indices olfactifs ont été montrés pour déclencher des souvenirs vifs et des réactions émotionnelles, contribuant ainsi à un engagement cognitif et émotionnel accru. La rétroaction olfactive peut également réaliser un entraînement olfactif pour améliorer les troubles résultant de diverses causes, telles que les infections des voies respiratoires supérieures, les traumatismes, les facteurs idiopathiques et les maladies neurologiques14. De plus, la recherche suggère qu’incorporer une plus grande variété d’odeurs dans le régime d’entraînement peut améliorer le taux d’amélioration de la fonction olfactive. L’avenir de la rétroaction olfactive progresse vers le codage olfactif15, en exploitant l’analyse neuroscientifique pour réaliser le mappage des structures chimiques à la perception olfactive et la technologie microélectronique pour réaliser une rétroaction quantifiée pour des odeurs mixtes complexes. Développer des algorithmes d’IA bidirectionnels pour une reconnaissance d’odeur améliorée et une génération d’odeur dans un système visant des applications avancées du métavers est la prochaine technologie phare. En combinant les indices olfactifs avec les rétroactions visuelles, auditives et tactiles, les environnements virtuels peuvent être rendus plus complets et réalistes, élargissant le champ d’application dans divers domaines, y compris le divertissement, l’éducation et les soins de santé, offrant aux utilisateurs une expérience sensorielle plus diversifiée et immersive. Par exemple, dans une pratique d’évacuation en cas d’incendie, la fidélité et l’efficacité de la formation peuvent être obtenues en fournissant l’odeur de fumée basée sur la technologie de génération d’odeurs de Liu et al.13,14 et une sensation de haute température basée sur la rétroaction thermo-tactile3,5. À l’avenir, la technologie micro/nano-échelle avancée pourrait aider à créer de nouveaux générateurs olfactifs et les dispositifs de contrôle électronique nécessaires pour les applications du métavers.
