Broderie 3D et IA : Capteurs tactiles en tissu pour contrôle d'appareils intelligents

Université d'État de Caroline du Nord, Raleigh, NC

Le capteur est fait de fils constitués de deux matériaux triboélectriques, l'un avec une charge électrique positive et l'autre avec une charge négative, qui ont été intégrés dans des tissus textiles conventionnels à l'aide de machines à broder. (Image : NCSU)

Une nouvelle étude de l'Université d'État de Caroline du Nord combine des techniques de broderie tridimensionnelle avec l'apprentissage automatique pour créer un capteur à base de tissu qui peut contrôler des appareils électroniques par le toucher.

Alors que le domaine de l'électronique portable gagne en intérêt et que de nouvelles fonctions sont ajoutées aux vêtements, un capteur ou « bouton » basé sur la broderie capable de contrôler ces fonctions devient de plus en plus important. Intégré dans le tissu d'un vêtement, le capteur peut activer et contrôler des appareils électroniques comme des applications mobiles entièrement par le toucher.

Le dispositif se compose de deux parties : le capteur de pression brodé lui-même et une puce qui traite et distribue les données collectées par ce capteur. Le capteur est triboélectrique, ce qui signifie qu'il s'alimente lui-même en utilisant la charge électrique générée par le frottement entre ses multiples couches. Il est fait de fils constitués de deux matériaux triboélectriques, l'un avec une charge électrique positive et l'autre avec une charge négative, qui ont été intégrés dans des tissus textiles conventionnels à l'aide de machines à broder.

Rong Yin, auteur correspondant de l'étude, a déclaré que la structure tridimensionnelle du capteur était importante à bien concevoir.

« Parce que le capteur de pression est triboélectrique, il devait avoir deux couches avec un espace entre elles. Cet espace était l'une des parties difficiles du processus, car nous utilisons la broderie qui est généralement bidimensionnelle. C'est une technique pour décorer le tissu », a-t-il dit. « C'est un défi de faire une structure tridimensionnelle de cette façon. En utilisant un espaceur, nous avons pu contrôler l'espace entre les deux couches ce qui nous permet de contrôler la sortie du capteur. »

Les données du capteur de pression sont ensuite envoyées à la puce, qui est responsable de transformer cette entrée brute en instructions spécifiques pour tous appareils connectés. Les algorithmes d'apprentissage automatique sont essentiels pour que cela fonctionne sans accroc, a dit Yin. Le dispositif doit être capable de faire la différence entre les gestes assignés à différentes fonctions, ainsi que de disregarder toute entrée non intentionnelle qui pourrait provenir du mouvement normal du tissu.

« Parfois, les données que le capteur acquiert ne sont pas très précises, et cela peut arriver pour toutes sortes de raisons », a dit Yin. « Parfois, les données seront affectées par des facteurs environnementaux comme la température ou l'humidité, ou le capteur touche quelque chose par erreur. En utilisant l'apprentissage automatique, nous pouvons entraîner le dispositif à reconnaître ce genre de choses.

« L'apprentissage automatique permet aussi à ce tout petit dispositif d'accomplir de nombreuses tâches différentes, car il peut reconnaître différents types d'entrées. »

Les chercheurs ont démontré cette reconnaissance d'entrée en développant une application mobile simple de lecture de musique qui se connectait au capteur via Bluetooth. Ils ont conçu six fonctions pour l'application : lecture/pause, chanson suivante, chanson précédente, volume haut, volume bas et muet, chacune contrôlée par un geste différent sur le capteur. Les chercheurs ont pu utiliser le dispositif pour plusieurs autres fonctions, y compris la définition et la saisie de mots de passe et le contrôle de jeux vidéo.

L'idée est encore à ses débuts, a dit Yin, car la technologie de broderie existante n'est pas capable de gérer facilement les types de matériaux utilisés dans la création du capteur. Néanmoins, le nouveau capteur représente une autre pièce du puzzle de l'électronique portable en développement, qui ne manquera pas de continuer à susciter l'intérêt dans un avenir proche.

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