Pliez cette feuille de silicone conçue au MIT, et l’écran affiche presque aussitôt sa forme en 3D. Les trois chercheurs en génie mécanique qui l’ont fabriquée l’imaginent un jour cousue dans un vêtement de joueur, même si leur prototype est encore un objet de laboratoire.
Au MIT, les doctorants Qifan Yu et Nina Cao et la professeure assistante de génie mécanique Kaitlyn Becker ont glissé quatorze fibres optiques en caoutchouc dans une feuille de silicone de 16 centimètres de côté et de 5 millimètres d’épaisseur. Dans leur étude, l’écart entre la feuille réelle et sa copie numérique est inférieur à un demi-centimètre. Cousue dans un vêtement, ce type de feuille suivrait vos bras et vos jambes. Pour l'heure, au niveau de la précision, le Steam Frame de Valve, lancé en septembre, ne repère vos mouvements qu'avec ses caméras intégrées et ses deux manettes. PLeur algorithme calcule trop lentement pour un jeu vidéo et suit mal le poignet et le coude.
Du caoutchouc rugueux à la place du verre
Dans une fibre optique classique, la lumière est retenue dans un cœur en verre transparent par une gaine sombre. Plus la fibre se courbe, moins la lumière ressort à l’autre bout, et il suffit de mesurer cette perte pour estimer une courbure. Les chercheurs du MIT ont remplacé le verre par un caoutchouc souple et transparent, gainé de ce caoutchouc teint en noir, puis ils ont rendu rugueuse une seule face du cœur. Selon que la fibre plie vers cette face ou vers le côté lisse, la lumière diffuse plus ou moins, et l’équipe connaît à la fois le sens et l’ampleur de la flexion.
Les quatorze fibres sont réparties sur deux couches de sept. Chaque fibre reçoit la lumière d’une LED à une extrémité et aboutit à un capteur de lumière à l’autre. Les mesures sont ensuite collectées par une carte électronique externe, et l’algorithme de l’équipe les convertit en forme 3D.
En simulation, les chercheurs ont gagné davantage de précision en inclinant les fibres qu’en ajoutant des fibres. Ils ont aussi testé la panne de plusieurs d’entre elles. Avec trois fibres hors service sur quatorze, l’erreur simulée était inférieure à 0,3 centimètre, et elle était d’environ un centimètre, voire davantage, à partir de cinq.
Sur trois moules imprimés en 3D, l’écart entre la feuille réelle et sa reconstruction était compris entre 0,28 et 0,45 centimètre. « Les conceptions existantes, fondées sur des capteurs rigides, présentent des erreurs d’environ 1 à 2 centimètres », a précisé Qifan Yu, pour qui ce résultat est « au moins au niveau des technologies existantes ».
Un algorithme trop lent et des articulations mal suivies
Le MIT parle d’une reconstruction « presque en temps réel », mais les chercheurs obtiennent environ trois reconstructions par seconde dans MATLAB, en comptant l’ensemble de la chaîne de mesure et d’affichage. Sur le Steam Frame de Valve, lancé en septembre, l’image est rafraîchie jusqu’à 144 fois par seconde dans un mode encore expérimental. À ce rythme, la forme de la feuille ne changerait à l’écran qu’une fois toutes les 48 images environ. L’équipe envisage de remplacer le solveur généraliste du logiciel par un outil plus rapide.
Pour le MIT, la feuille est souple et extensible. D’après la description détaillée de l’étude publiée par Tom’s Hardware, la surface est entièrement souple, mais la feuille ne s’étire pas dans son ensemble. Au poignet et au coude, la peau s’étire, et l’algorithme de forme est mis en défaut par cet étirement. Les chercheurs ont donc estimé l’angle de ces articulations avec une méthode simplifiée. Un seul des auteurs a d’ailleurs réalisé toutes les démonstrations portées sur le corps.
La feuille est aussi sensible à une pression sur l’avant-bras, sans mesure calibrée de la force, et l’équipe traite cette détection à part du suivi de forme. Les fibres font aujourd’hui 1 millimètre d’épaisseur. Avec d’autres procédés de fabrication, les chercheurs pensent descendre à quelques dizaines de micromètres, soit moins qu’un cheveu, puis loger davantage de fibres dans un vêtement, par exemple pour suivre les progrès d’un patient en rééducation.
« Ces feuilles pourraient aider un kinésithérapeute à se rappeler et à comparer plus précisément le déroulement d’une évaluation aujourd’hui et celui d’il y a deux mois et des centaines de rendez-vous », a expliqué Kaitlyn Becker.
