Les capteurs à base de carbone sont sur le point de faciliter une interface homme-machine transparente

L’interaction entre les machines et les humains est primordiale pour le développement des nouvelles technologies du métaverse, conçues pour augmenter l’expérience humaine grâce au cloud computing et à la réalité étendue (XR). Le graphène, un matériau carboné bidimensionnel, est devenu un candidat idéal pour la technologie des capteurs portables, ouvrant la voie à une nouvelle ère d’interaction homme-machine (IHM) transparente.

Une équipe de scientifiques des matériaux dirigée par Tian-Ling Ren de l’Université Tsinghua de Pékin, en Chine, a récemment présenté l’état de la technologie des capteurs HMI basés sur le graphène pour faire progresser la recherche dans ce domaine. Les technologies de capteurs avancées, flexibles, légères et pouvant être portées en continu, sont idéales pour les IHM et ont des applications potentielles à la fois dans le monde virtuel immersif du métaverse et dans les technologies portables de soins de santé.

Les recherches actuelles visent à créer des capteurs capables d’interfacer presque toutes les parties du corps pouvant 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 avis dans L’avenir du carbone.

“Dans cette revue, nous présentons un aperçu 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 diverses parties du corps humain, sont présentés en mettant l’accent sur leur cible. “, 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 Tsinghua.

Le Dr Ren est également professeur boursier du fleuve Yangtze au ministère chinois de l’Éducation et vice-directeur du Centre de technologie de détection de l’environnement et de la santé à l’Université Tsinghua.

Le graphène est constitué d’une seule couche d’atomes de carbone disposés selon un réseau hexagonal. Les propriétés uniques du graphène, notamment une conductivité impressionnante, une faible réactivité chimique, une flexibilité et une 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 les 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 de devenir des 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 homme-machine. Interfaces IHM basées sur l’électroencéphalogramme (EEG), l’électromyographie (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 de signaux, comme la perception sonore, et la sortie de signaux, comme la génération de sons, sera particulièrement utile pour les IHM. L’équipe de Ren a démontré la production sonore de graphène dans une étude précédente.

Tian-Ling Ren a déclaré : « Grâce à l’apprentissage automatique, cette interface peut réaliser la reconnaissance vocale, l’analyse des émotions, le traitement de contenu, etc., ce qui la rend idéale pour une communication robotique intelligente. »

L’un des défis du développement de capteurs basés sur le 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 développés à l’aide de films de graphène gravés au laser (LSG) faiblement empilés dont la densité augmente avec l’augmentation de la pression. La densité accrue du film provoque à son tour une modification de la résistance mesurée avec une plage suffisamment large pour atteindre une sensibilité élevée.

L’équipe de recherche s’attend à ce que l’examen stimule le développement de nouveaux capteurs à base de graphène conçus pour faciliter des IHM plus naturelles et améliorer la collecte de données en temps réel et la réponse dans les soins de santé. “Les capteurs basés sur le graphène pour les IHM devraient devenir plus diversifiés et plus pratiques dans les années à venir. Dans la même partie du corps, l’humain et la machine peuvent interagir avec différents signaux… de différentes manières”, a déclaré Tian-Ling Ren.