Modules robotiques souples pour de nouvelles interactions haptiques

Dotée de 16 configurations possibles, polyvalentes et plutôt complexes, le système Digits, développé au Laboratoire de robotique reconfigurable de la Faculté des sciences et techniques de l’ingénieur de l’EPFL, reste relativement simple. Chaque configuration est constituée de plusieurs modules – ou Digits – qui sont composés de liaisons rigides reliées par des articulations flexibles. Ces articulations sont commandées par des poches d’air sous pression pour modifier la forme et la rigidité des modules.

Dans une étude publiée dans Advanced Intelligent Systems, Jamie Paik, responsable du Laboratoire de robotique reconfigurable, et son équipe détaillent deux configurations de Digits – le TangiGlove portable et le TangiBall portatif – démontrant la polyvalence de leur système.

«Les interfaces haptiques, ou tactiles, peuvent améliorer les expériences de réalité virtuelle en imitant le toucher réel, et favoriser la rééducation grâce à des systèmes interactifs. Mais il existe un vrai besoin pour des conceptions reconfigurables et des méthodes de contrôle plus généralisées», explique Serhat Demirtas, doctorant et principal auteur.

Grâce à sa conception modulaire, Digits offre un large potentiel d’applications, y compris l’entraînement musculaire progressif et la récupération motrice, ainsi que différentes configurations d’interfaces haptiques dans des environnements virtuels.

Aussi riche que le toucher humain

Contrairement à d’autres sens comme la vue et l’ouïe, qui sont largement passifs, le toucher requiert des actions complexes, comme le frottement ou la préhension, pour percevoir la texture, la température, le poids, la forme ou la rigidité. Les technologies haptiques sont donc souvent développées pour une seule utilisation ou un seul aspect du toucher, car il est extrêmement difficile de créer des systèmes capables de combiner adaptabilité et évolutivité avec une expérience haptique réaliste.

Le système Digits relève ce défi grâce à la robotique reconfigurable, expertise du laboratoire de Jamie Paik. Fait remarquable, il couvre deux grandes catégories de configuration robotique: la chaîne fermée et la chaîne ouverte. Alors que les structures à chaîne ouverte sont constituées d’une série de liaisons reliées à une extrémité, comme un bras robotique, les configurations à chaîne fermée ont généralement une conception en boucle avec deux extrémités fixes. Le TangiGlove à chaîne ouverte ressemble donc à un exosquelette, qui peut être utilisé pour fournir un retour de rigidité. Quant au TangiBall à chaîne fermée, il dispose de quatre Digits connectés qui peuvent prendre jusqu’à huit formes différentes – allant d’un cube à une sphère – en plus de fournir un retour de rigidité. Les deux dispositifs peuvent également produire des vibrations.

Outre sa conception modulaire, le système Digits se distingue par l’importance accordée à l’actionnement pneumatique (air comprimé), un domaine sous-exploré de la robotique pour des expériences haptiques personnalisées. Pour combler cette lacune, les scientifiques ont étendu le logiciel robotique open source Feelix afin de permettre aux utilisatrices et utilisateurs de créer des profils d’interaction haptique pneumatique personnalisés. Le système basé sur l’apprentissage automatique peut détecter les changements induits par le toucher dans les modules Digits et créer des interactions intelligentes et intuitives, sans besoin de codage.

L’équipe prévoit de développer le potentiel de rééducation de sa technologie en évaluant les scénarios thérapeutiques et l’utilisabilité à long terme. Les scientifiques étudient aussi un ensemble plus large d’applications grâce à de nouvelles configurations, en particulier celles qui exploitent les changements rapides du dispositif entre différentes dimensions, formes et rigidités – une condition préalable essentielle à l’interaction en temps réel dans des environnements virtuels et augmentés.

«Avec les modules Digits, notre objectif est de redéfinir l’interaction homme-machine grâce à des robots reconfigurables qui adaptent leur forme, leur rigidité et leur retour haptique. Cette adaptabilité favorise une réalité virtuelle plus tangible, une rééducation efficace et des expériences plus enrichissantes pour chacune et chacun, quels que soient sa taille, ses capacités et ses besoins», souligne Jamie Paik.