L’interaction entre les machines et les humains est essentielle au développement des nouvelles technologies du métavers, qui sont conçues pour améliorer l’expérience humaine grâce à l’informatique en nuage et à la réalité étendue (XR). Le graphène, un matériau carboné bidimensionnel, est apparu comme un candidat idéal pour la technologie des capteurs portables, ouvrant la voie à une nouvelle ère d’interaction transparente entre l’homme et la machine.
Une équipe de spécialistes des matériaux dirigée par Tian-Ling Ren de l’université Tsinghua de Pékin (Chine) a récemment décrit l’état de la technologie des capteurs IHM à base de graphène afin de faire progresser la recherche dans ce domaine. Les technologies avancées de capteurs souples, légers et pouvant être portés en permanence sont idéales pour l’IHM et ont des applications potentielles à la fois dans le monde virtuel immersif du métavers et dans les technologies de soins de santé portables.
Les recherches actuelles visent à créer des capteurs capables d’interfacer presque toutes les parties du corps qui peuvent être mesurées, y compris le cerveau, les yeux et la bouche. Ces mesures peuvent ensuite être utilisées pour caractériser les informations corporelles par une machine d’interface.
L’équipe a publié son étude dans la revue Carbon Future.
« Dans cette revue, nous présentons une vue d’ensemble de certains des efforts de notre équipe de recherche pour créer des capteurs à base de graphène pour les interfaces homme-machine. Ces capteurs, conçus pour être utilisés sur différentes parties du corps humain, sont présentés en mettant l’accent sur leurs signaux cibles, leur conception, leur processus de fabrication et leurs caractéristiques de performance. En outre, nous nous penchons sur les développements futurs potentiels des capteurs à base de graphène, notamment la multi-modalité, l’amélioration du confort et l’intelligence », a déclaré Tian-Ling Ren, auteur principal de l’article de synthèse, professeur à l’école des circuits intégrés et doyen adjoint de l’école des sciences et technologies de l’information de l’université de Tsinghua.
M. Ren est également professeur titulaire de la bourse Yangtze River du ministère chinois de l’éducation et vice-directeur du Center for Environmental and Health Sensing Technology de l’université de Tsinghua.
Le graphène est constitué d’une seule couche d’atomes de carbone disposés selon un réseau hexagonal. Les propriétés uniques du graphène, notamment sa conductivité impressionnante, sa faible réactivité chimique, sa flexibilité et sa légèreté, font de ce matériau un candidat idéal pour le développement de capteurs d’interface homme-machine.
L’équipe de recherche décrit les progrès réalisés dans le domaine des capteurs à base de graphène conçus pour mesurer une variété de signaux différents provenant du corps. « De nombreuses parties du corps humain, de la tête aux pieds, ont le potentiel d’être développées en interfaces homme-machine. Le cerveau, les yeux, les oreilles, le nez, la bouche, la gorge, le bout des doigts, la peau, les articulations et les pieds peuvent tous être utilisés comme interfaces IHM basées sur l’électroencéphalogramme (EEG), l’électromyogramme (EMG), l’électrooculogramme (EOG), le mouvement des yeux, la lumière, la respiration, la voix, le toucher, la température, le mouvement, la démarche et d’autres informations physiologiques », a déclaré Tian-Ling Ren.
Les humains peuvent également bénéficier des résultats générés par les machines, et le développement de capteurs multimodaux capables d’alterner entre la mesure du signal, comme la perception du son, et la sortie du signal, comme la production du son, sera particulièrement utile pour les interfaces homme-machine. L’équipe de Tian-Ling Ren a démontré la production de sons en graphène dans une étude précédente.
Tian-Ling Ren a déclaré : « Avec l’aide de l’apprentissage automatique, cette interface peut réaliser la reconnaissance vocale, l’analyse des émotions, le traitement du contenu, etc.
L’un des défis du développement de capteurs à base de graphène est d’obtenir une plage de mesure suffisamment large pour détecter des sens très dynamiques, tels que le sens du toucher. Pour résoudre ce problème, des capteurs de pression en graphène dotés d’une large plage de sensibilité ont été mis au point à l’aide de films de graphène découpés au laser (LSG) faiblement empilés, dont la densité augmente avec la pression. L’augmentation de la densité du film entraîne à son tour une modification de la résistance mesurée dans une plage suffisamment large pour atteindre une sensibilité élevée.
L’équipe de recherche espère que cette étude stimulera le développement de nouveaux capteurs à base de graphène conçus pour faciliter des interfaces homme-machine plus naturelles et améliorer la collecte de données en temps réel et la réponse dans le domaine des soins de santé. « Les capteurs à base de graphène pour l’interface homme-machine devraient devenir plus diversifiés et plus pratiques dans les années à venir. Dans la même partie du corps, l’homme et la machine peuvent interagir avec des signaux différents… de nombreuses manières différentes », a déclaré Tian-Ling Ren.
