Brevet FR3119907A1 — publié le 20220819

Interface haptique flexible Interface haptique flexible (1), comportant : Une structure haptique (2) définissant une surface tactile (S) susceptible d’être contactée par un utilisateur, la structure comportant : une pluralité d’éléments tactiles individuels rigides (3) portés par un support souple (4), au contact de chaque élément (3), au moins un actionneur (5) agencé pour transmettre une excitation mécanique à l’élément (3) conduisant à un effet perceptible tactilement par l’utilisateur. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Interface haptique flexible La présente invention concerne les interfaces homme-machine, et plus particulièrement celles produisant des effets haptiques. Une interface haptique permet à l’utilisateur d’interagir avec l’environnement par le sens du toucher. L’effet haptique est aujourd’hui de plus en plus utilisé dans de nombreuses applications, par exemple sur un « Smartphone », lorsque celui-ci génère une légère vibration quand on appuie sur une touche affichée à l’écran pour simuler l’impression d’appuyer sur un bouton. Des applications haptiques existent aussi pour des dispositifs de réalité virtuelle ou augmentée, en particulier pour permettre une meilleure immersion dans les jeux vidéo. Les interfaces haptiques telles que les dalles tactiles, générant un effet haptique sur une surface tactile lorsqu’un utilisateur la contacte, peuvent notamment être intégrées à de nombreuses technologies comme des ordinateurs, tablettes et/ou smartphones. Il est connu de générer des effets haptiques variés et relativement complexes sur une surface tactile rigide grâce à des transducteurs ultrasonores émettant des ondes ultrasonores qui se propagent sur la surface rigide. Avec l’apparition sur le marché de produits commerciaux souples, tels que des téléphones portables pliables ou encore des téléviseurs enroulables, il est désirable de disposer d’interfaces haptiques flexibles pouvant s’intégrer à de tels produits. L’usage d’un support souple simple portant des transducteurs ultrasonores est cependant limité car les ondes émises par les transducteurs sont en partie absorbées par le matériau souple ; l’effet haptique généré est alors difficilement perceptible par un utilisateur appliquant une pression avec son doigt ou sa main sur un tel support. Il est par ailleurs connu d’utiliser un actionnement pneumatique pour générer des effets haptiques sur une structure souple. Le brevet US10240688B2 divulgue une interface haptique flexible comportant des actionneurs pneumatiques permettant de générer un effet de topologie. L’article de Yu et al. « Skin-integrated wireless haptic interfaces for virtual and augmented reality » (Nature, 2019) divulgue une interface haptique flexible comportant des actionneurs magnétiques permettant de générer divers effets haptiques. Cependant, la résolution spatiale des effets haptiques obtenus avec une telle interface est relativement faible, et l’utilisation d’actionneurs magnétiques entraîne une consommation électrique élevée. Enfin, des fluides non-newtoniens ont déjà été utilisés pour générer des effets haptiques simples tels que des effets de boutons et des effets de relief. L’article de Lochtefeld « Towards real organic user interfaces - using non-Newtonian fluids for self-actuated displays » (CHI13 workshop, 2013) décrit un dispositif haptique utilisant un fluide non-newtonien rhéoépaississant pris entre deux feuilles souples posées sur un réseau fixe de haut-parleurs. Une topologie perceptible au doigt est générée lorsqu’une onde sonore se propage dans le fluide et le durcit localement. L’article de Poncet et. al. « Static and dynamic studies of electro-active polymer actuators and integration in a demonstrator » (Actuators Journal, 2017) décrit un dispositif comportant des actionneurs piézoélectriques à polymère électro-actif agencés de façon à obtenir des boutons à membrane souple vibrotactiles. Ces boutons sont portés par un support rigide. Il existe un besoin pour perfectionner encore les interfaces haptiques flexibles, notamment afin de disposer d’une interface tactile capable de générer des effets haptiques variés et présentant une bonne résolution spatiale. L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel : représente de manière partielle et schématique un exemple d’interface haptique flexible selon l’invention, représente de manière partielle et schématique un exemple de structure haptique comportant des éléments tactiles agencés en matrice, illustre de manière partielle et schématique un exemple d’intégration des éléments tactiles au sein de l’interface, est une vue analogue à la d’un autre exemple d’intégration des éléments tactiles, représente de manière partielle et schématique un exemple d’interface haptique flexible équipée d’un système annexe, est une vue en perspective, partielle et schématique, d’un exemple d’élément tactile muni de deux actionneurs, illustre un mode de Lamb généré sur l’élément tactile de la par les actionneurs à son contact, est un graphe illustrant les fréquences de résonance de l’élément de la en fonction de son épaisseur, est une vue en perspective partielle et schématique d’une structure haptique montrant deux éléments tactiles, est une coupe dans l’épaisseur, schématique et partielle, de la structure haptique de la , est un graphe illustrant la mise en vibration de la structure haptique de la lorsque le support est en polyimide (PI), illustre de manière partielle et schématique la mise en vibration de la structure haptique de la lorsque le support est en polyéthylène napthtalate (PEN), est un graphe représentant l’amplitude de déformation verticale d’un élément tactile selon la coupe XII de la , représente de manière partielle et schématique une structure haptique comportant une matrice d’éléments tactiles, représente de manière partielle et schématique la possibilité de mettre en vibration seulement une partie des éléments tactiles de la structure haptique de la , est un schéma en blocs illustrant un exemple de fonctionnement de l’interface haptique selon l’invention, illustre de manière partielle et schématique la possibilité de générer un effet tactile de bouton à partir d’une interface selon l’invention, illustre de manière partielle et schématique la possibilité de générer un effet tactile de relief à partir d’une interface selon l’invention, illustre de manière partielle et schématique la possibilité de générer un effet tactile de texture à partir d’une interface selon l’invention, , et illustrent de manière partielle et schématique des étapes successives d’un exemple de procédé de fabrication d’éléments tactiles avec leurs actionneurs, , , et illustrent de manière partielle et schématique des étapes successives d’un exemple de procédé de fabrication d’une structure haptique, représente un exemple d’article vestimentaire équipé d’une interface haptique flexible selon l’invention, illustre un exemple d’appareil mobile équipé d’une interface haptique flexible selon l’invention, et illustre la possibilité de modifier la forme de l’interface à l’aide d’actuateurs. Interface haptique flexible (1), comportant : Une structure haptique (2) définissant une surface tactile (S) susceptible d’être contactée par un utilisateur, la structure comportant : Une pluralité d’éléments tactiles individuels rigides (3) portés par un support souple (4), au contact de chaque élément (3), au moins un actionneur (5) agencé pour transmettre une excitation mécanique à l’élément (3) conduisant à un effet perceptible tactilement par l’utilisateur. Interface selon la revendication 1, comportant un circuit de commande (6) configuré pour moduler les signaux envoyés aux actionneurs afin d’induire mécaniquement une vibration des éléments (3) et générer une sensation haptique sur la surface tactile. Interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins certains des éléments (3), mieux tous les éléments, ayant une épaisseur sensiblement constante, de préférence comprise entre 50 microns et 5 mm, mieux entre 200 et 700 microns. Interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, le support (4) étant formé d’un matériau polymérique. Interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins une partie des éléments (3) présentant une surface extérieure (3a) débouchant sur la surface tactile (S). Interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, le support (4) comportant une couche porteuse (41) et une couche (40) de compensation de l’épaisseur des éléments (3), les éléments (3) étant tous situés d’un même côté de la couche porteuse (41), la couche de compensation (40) comportant des portions flexibles (400) s’étendant entre les éléments (3), la couche de compensation (40) étant d’épaisseur (h E ) sensiblement constante, de préférence comprise entre 100 microns et 5 cm, de préférence entre 500µm et 5mm, notamment 1mm. Interface selon la revendication précédente, les éléments (3) présentant une surface extérieure (3a) venant à affleurement de la surface extérieure (40a) de la couche de compensation (40), la surface extérieure des éléments et celle de la couche de compensation définissant la surface tactile (S). Interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, le support (4) formant des logements (420) dans lesquels s’étendent au moins partiellement les éléments (3), ces derniers étant recouverts continûment par une feuille souple (43) définissant la surface tactile. Interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’espacement (d) entre deux éléments (3) adjacents étant compris entre 10 microns et 5 mm, mieux entre 1 et 2mm. Interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins une partie des éléments (3) étant agencés en lignes et/ou en colonnes, notamment sur un même plan quand l’interface est à plat, de préférence selon un réseau régulier. Interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, chaque élément (3) étant muni de plusieurs actionneurs (5) s’étendant sur au moins une face (3b) de l’élément. Interface selon la revendication précédente, les actionneurs (5) étant disposés de part et d’autre d’un plan médian de l’élément (3), de préférence au niveau de nœuds ou de ventres de vibration. Interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant un système de détection (7) d’un contact de l’utilisateur sur la surface tactile, notamment une structure de détection capacitive intégrée à la structure haptique. Interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant un système permettant de superposer au moins partiellement à la surface tactile une image, notamment un écran, de préférence un écran intégrant la structure haptique. Interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins un actuateur (11) permettant de conformer sélectivement l’interface selon au moins deux formes distinctes. Procédé pour générer au moins une perception tactile capable d’être ressentie par un utilisateur en contact avec une interface telle que définie dans l’une quelconque des revendications 1 à 15, comportant les étapes consistant à : détecter la position du contact de l’utilisateur sur la surface tactile flexible (S) de l’interface grâce à un système de détection, moduler, grâce à un circuit de commande (6), les signaux envoyés aux actionneurs (5) en fonction de la position détectée afin d’induire mécaniquement une vibration des éléments (3) et générer un effet perceptible tactilement par l’utilisateur sur la surface tactile. Procédé selon la revendication précédente, la vibration des éléments (3) générant une variation de friction perceptible tactilement par un utilisateur déplaçant son doigt sur la surface tactile (S). Procédé selon la revendication 16, la vibration des éléments générant une impulsion perceptible tactilement par un utilisateur exerçant un contact statique sur la surface tactile (S). Procédé de fabrication d’un élément tactile individuel (3) muni d’au moins un actionneur piézoélectrique (5) d’une interface telle que définie dans l’une quelconque des revendications 1 à 15, comportant les étapes consistant à : Déposer, de préférence par sérigraphie, au moins une première couche (24) d’un matériau conducteur sur la face supérieure d’un support rigide (22), de préférence un support en verre, fixer des actionneurs piézoélectriques (5) sur la première couche (24) ainsi formée de façon à établir une première connexion électrique avec les actionneurs, déposer une couche d’un isolant (58) sur les couches précédemment déposées, amincir la couche isolante (58) afin d’exposer la face supérieure de chaque actionneur piézoélectrique (5), déposer une couche d’un matériau conducteur (59) sur les actionneurs ainsi exposés, de façon à établir une deuxième connexion électrique avec les actionneurs, découper le support de manière à obtenir des éléments (3) munis d’un ou plusieurs actionneurs piézoélectriques. Procédé de fabrication d’une interface telle que définie dans la revendication 2 et l’une quelconque des revendications 3 à 15, comportant les étapes consistant à : Déposer une première couche (43) en matériau souple, de préférence en polymère, sur un support de fabrication (100), fixer des éléments rigides (3) munis d’un ou plusieurs actionneurs (5) sur la couche ainsi déposée, les actionneurs étant disposés sur la face extérieure (3a) des éléments, connecter électriquement chaque actionneur (5) au circuit de commande (6), de préférence par masquage et pulvérisation d’un matériau conducteur (46), recouvrir les éléments et actionneurs par un matériau souple (42), de préférence un film polymère, et, séparer, notamment par pelage, l’ensemble ainsi réalisé du support de fabrication (100) de manière exposer la face inférieure de la première couche.