Commander des Drones

Une commande vraiment à portée de main

10 juil. 2017 | CORNELIA ZOGG
Commander des objets d'un simple mouvement de la main: ce qui semble de la science-fiction pourrait bientôt devenir réalité grâce à la technologie de l'Empa. Un capteur formé de fibres piézorésistives intégrées dans un bracelet mesure les moindres mouvements de la main et les transforme signaux électriques. Ce qui  permet, par exemple, de guider un drone ou de contrôler sans télécommande des appareils électroniques.
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Des fibres piézorésistives produites par impression 3D sont incorporées à ce bracelet de montre. Les mouvements de la main sont transmis au drone.

Un petit geste du poignet vers la gauche, le drone vire vers la gauche. Un petit geste vers la droite et il se dirige vers la droite. Fermer le poing, le drone se pose en douceur sur une table. Ceci n'est pas une vision utopique mais la réalité. Des chercheurs de l'Empa réunis autour de Frank Clemens du laboratoire Céramiques hautes performances ont développé un capteur en fibres piézorésistives intégré dans un bracelet qui, porté au poignet, enregistre les mouvements les plus fins de la main. Ces fibres piézorésistives détectent les déformations et les transforment en signaux électriques qui peuvent être lus et interprétés par un terminal. Ce qui permet de faire se mouvoir un robot d'un simple signe du doigt.

La technologie des capteurs de mouvement n'a certes rien de nouveau mais pour capter les mouvements on utilisait jusqu'ici des capteurs visuels (caméras), des accéléromètres (capteurs d'accélération) ou encore des gyroscopes (capteurs de rotation). Toutefois ces modes de détection nécessitent des mouvements amples, exécutés avec une certaine vitesse qui sont parfois peu naturels pour l'homme. Par contre les nouveaux capteurs de l'Empa réagissent eux déjà aux mouvements les plus fins que la main exécute naturellement. Clemens ne veut cependant pas renoncer totalement aux technologies utilisées jusqu'ici. «Il faut une combinaison de différents types de capteurs pour développer de nouveaux concepts. Ce n'est qu'ainsi que nous pouvons détecter et utiliser des mouvements que les technologies actuelles ne pouvaient pas enregistrer». L''association de capteurs d'accélération, de rotation et d'orientation spatiale avec ce capteur à fibres permet par exemple d'utiliser des signes de commande totalement nouveaux pour actionner des appareils techniques, que ce soit un drone en encore une porte de garage.

Un algorithme qui traduit les mouvements

Pour réaliser des tests, les chercheurs ont intégré leur capteur dans un bracelet de montre conventionnel, ceci parce que ce capteur doit pouvoir être porté au poignet de manière discrète et sans gêner les mouvements. On peut aussi penser à des bracelets prenant la forme de bijoux. Mais avant d'arriver à cette étape, un gros travail de recherche a été nécessaire. Dans leurs premiers prototypes, Frank Clemens et Mark Melnykowycz avaient intégré les fibres piézorésistives dans un tissu mais ceci n'était pas satisfaisant pour obtenir les résultats désirés. «A l'aide de la fabrication additive nous avons finalement réussi à intégrer la structure du capteurs dans des matériaux non-tissés» explique Clemens. Ceci a alors permis d'incorporer sans problème les capteurs dans des bracelets de montre usuels.

En collaboration avec les firmes STBL Medical Research AG et Idezo, l'équipe de Clemens est parvenue à programmer le capteur de manière à ce qu'il permette de commander un drone par de simples mouvements de la main. Actuellement le perfectionnement de l'algorithme qui assure ce travail de traduction entre le capteur et la commande du drone est poursuivi dans le cadre d'un travail de bachelor à la Haute école spécialisée bernoise sous la direction de Marx Stampfli afin d'affiner encore plus avant la réponse du capteur aux mouvements. Ainsi le capteur ne pourra pas seulement reconnaître des mouvements simples mais aussi des suites de mouvements. Par exemple la fermeture rapide par deux fois du poing déclenchera un autre ordre de commande que sa fermeture lente suivie d'une fermeture rapide.

La nécessité de porter un bracelet pourrait aussi bientôt appartenir au passé. Une étudiante de l'EPF étudie dans son travail de semestre la possibilité d'intégrer ce capteur piézorésistif dans un ruban autocollant. Il ne faudrait alors même plus porter un bracelet, un simple ruban autocollant à peine visible sur le poignet suffirait alors pour interagir avec des appareils techniques ou des robots. Ce projet n'en est certes qu'à ses débuts mais tous les composants développés fonctionnent déjà à la perfection. «Avec notre partenaire de mise en oeuvre STBL Medical Research AG nous discutons actuellement avec d'autres partenaires possibles de divers domaines pour un passage à l'échelle industrielle.», indique Clemens.

Informations

Dr. Frank Clemens
High Performance Ceramics
Tél +41 58 765 48 21

Bruno Keller
STBL Medical Research AG
Tél +41 44 500 27 85


Rédaction / Contact médias
Cornelia Zogg
Communication
Tél +41 58 765 45 92

Des capteurs piézoélectriques exempts de plomb issus d'une imprimante 3D
Le laboratoire Céramiques hautes performances ne développe pas seulement des capteurs piézorésistifs mais aussi des capteurs piézoélectriques. Les capteurs piézoélectriques sont partout présents dans notre vie quotidienne. Ces capteurs sont très souvent utilisés dans des dispositifs qui nous facilitent la vie, par exemple dans les dispositifs d'aide au stationnement des voitures. Ces derniers émettent des ondes ultrasonores et les ondes réfléchies par les obstacles sont captées et évaluées par un capteur piézoélectrique. Au contraire des fibres piézorésistantes sur lesquelles c'est la résistance électrique qui varie, les capteurs piézoélectriques produisent une tension électrique. Une équipe de chercheurs de l'Empa a développé des structures piézoélectriques qui peuvent être produites sur une imprimante 3D usuelle. L'impression 3D de céramiques permet de produire des structures de types nouveaux pour des capteurs. On travaille aussi sur leurs matériaux: les capteurs piézoélectriques actuellement utilisés renferment du plomb, ce qui n'est aujourd'hui plus guère acceptable. L'UE a ainsi décidé de passer à l'avenir à des substituts sans plomb – qui sont toutefois encore au stade de développement. Les capteurs piézoélectriques de l'Empa sont totalement exempts de plomb et pourraient à l'avenir remplacer les capteurs renfermant du plomb dans différents domaines d'application.

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Article en EmpaQuarterly