Brevet FR3120960A1 — publié le 20220923

Interface haptique flexible. Interface haptique flexible (1), comportant : une chambre (2) contenant un fluide non newtonien (3) et délimitée au moins partiellement par une paroi flexible (2a) dont la face extérieure définit une surface tactile (S) susceptible d’être contactée par un utilisateur, une pluralité d’actionneurs (5) portés par un support flexible (2b) et disposés de manière à transmettre une excitation mécanique locale au fluide (3), et un circuit de commande (4) relié aux actionneurs (5) et configuré pour moduler les signaux envoyés aux actionneurs afin d’induire mécaniquement une modification de la rhéologie du fluide et générer une sensation haptique perceptible par l’utilisateur sur la surface tactile (S). 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’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 montés sur un substrat souple permettant d’obtenir des boutons vibrotactiles. Cependant, pour obtenir l’effet haptique désiré, le substrat doit être supporté par une structure rigide, ce qui limite substantiellement la nature flexible du produit. Il est par ailleurs connu d’utiliser des fluides pour générer un effet haptique. La demande WO2010078597A1 divulgue une interface haptique tactile comportant des canaux et chambres fluidiques permettant de générer un effet de bouton. 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. La résolution spatiale de l’effet haptique généré est toutefois relativement faible compte-tenu de l’encombrement des haut-parleurs et de plus une telle interface n’est pas complètement flexible. Il existe par conséquent un besoin pour perfectionner encore les interfaces haptiques flexibles, notamment afin de disposer d’une interface tactile relativement simple de réalisation et pouvant générer des effets haptiques variés. 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 paroi de l’interface servant de support aux actionneurs, illustre de manière partielle et schématique un exemple d’agencement des actionneurs, illustre de manière partielle et schématique un autre exemple d’agencement des actionneurs, représente de manière partielle et schématique un exemple d’interface haptique flexible équipé d’un écran et d’un haut-parleur, représente de manière partielle et schématique un exemple d’interface haptique flexible couplée à des lunettes de réalité virtuelle, représente de manière partielle et schématique un exemple d’intégration d’un actionneur à une paroi de l’interface, illustre de manière partielle et schématique la mise en vibration de la paroi sous-jacente à l’actionneur de la lorsqu’il est actionné, représente de manière partielle et schématique un exemple d’intégration d’un actionneur à une paroi munie d’un anneau de rigidification, illustre de manière partielle et schématique la mise en vibration de la paroi sous-jacente à l’actionneur de la lorsqu’il est actionné, représente de manière partielle et schématique un exemple d’intégration d’un actionneur à une double paroi, illustre de manière partielle et schématique la mise en vibration de la paroi sous-jacente à l’actionneur de la lorsqu’il est actionné, représente de manière partielle et schématique un exemple d’interface comportant un réseau d’actionneurs intégré à une paroi selon le mode d’intégration de la , est une vue de face, partielle et schématique, d’un actionneur de la , représente de manière partielle et schématique un exemple de réalisation d’une matrice d’actionneurs pouvant générer différentes perceptions tactiles, illustre de manière partielle et schématique la possibilité de générer un effet tactile de bouton à partir de la matrice d’actionneurs de la , illustre de manière partielle et schématique la possibilité de générer un effet tactile de relief à partir de la matrice de la , , , et illustrent de manière partielle et schématique des étapes successives d’un exemple de procédé de fabrication d’un actionneur piézoélectrique céramique, illustre de manière partielle et schématique une étape d’un exemple de procédé de fabrication d’une interface selon l’invention, illustre de manière partielle et schématique une autre étape du procédé de fabrication, est un schéma en blocs illustrant un exemple de fonctionnement de l’interface haptique selon l’invention, illustre des exemples d’articles équipés 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 chambre (2) contenant un fluide non newtonien (3) et délimitée au moins partiellement par une paroi flexible (2a) dont la face extérieure définit une surface tactile (S) susceptible d’être contactée par un utilisateur, une pluralité d’actionneurs (5) portés par un support flexible (2b) et disposés de manière à transmettre une excitation mécanique locale au fluide (3), et un circuit de commande (4) relié aux actionneurs (5) et configuré pour moduler les signaux envoyés aux actionneurs afin d’induire mécaniquement une modification de la rhéologie du fluide et générer une sensation haptique perceptible par l’utilisateur sur la surface tactile (S). Interface selon la revendication 1, la chambre (2) ayant une forme générale aplatie. Interface selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, la chambre (2) ayant une épaisseur sensiblement constante. Interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, la chambre étant formée entre au moins deux parois opposées flexibles (2a ; 2b), dont l’une d’elles au moins définit la surface haptique, notamment des parois comportant ou définies par des feuilles souples (20). Interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, la ou les parois (2a, 2b) définissant la surface tactile (S) et servant de support aux actionneurs (5) permettant une flexion d’ensemble de la chambre (2) autour d’au moins un axe, mieux dans toutes les directions. Interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, les actionneurs (5) étant au contact du fluide (3). Interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, les actionneurs (5) étant repartis avec un espacement régulier dans au moins une direction, mieux dans deux directions. Interface selon l’une des revendications précédentes, chaque actionneur (5) étant porté par une membrane active (21) susceptible de vibrer sous l’action de l’actionneur, la vibration de la membrane sollicitant mécaniquement le fluide (3) dans la zone adjacente à l’actionneur. Interface selon la revendication précédente, la membrane (21) étant définie par au moins une partie d’une paroi (2b) servant de support aux actionneurs (5), ladite paroi définissant une surface extérieure de l’interface (1). Interface selon la revendication 8, la membrane (21) étant définie par au moins une partie d’une paroi (2b) servant de support aux actionneurs (5), ladite paroi (2b) étant recouverte par une contre-paroi (2c), ladite contre-paroi définissant de préférence une surface extérieure de l’interface (1). Interface selon l’une des revendications 8 et 9, comportant des anneaux de rigidification (9) autour des membranes (21) des actionneurs (5), de préférence situés sur la face de la paroi de support (2b) opposée à celle portant les actionneurs (5). Interface selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, comportant un système de détection (6) d’un contact de l’utilisateur sur la surface tactile (S), notamment un système de détection capacitive ou optique, le circuit de commande (4) étant agencé pour contrôler les actionneurs (5) en fonction de la position ainsi détectée. Interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant un système (7) permettant de superposer au moins partiellement à la surface haptique une image, notamment un écran recouvert par la surface tactile. 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 14, comportant les étapes consistant à : Détecter la position du contact de l’utilisateur sur la surface tactile flexible de l’interface grâce à un système de détection, moduler, grâce à un circuit de commande (4), les signaux envoyés aux actionneurs (5) afin de faire varier localement la rigidité du fluide dans certaines zones de la chambre et générer un effet perceptible tactilement par l’utilisateur. Procédé selon la revendication précédente, le contact de l’utilisateur sur la surface tactile étant détecté grâce à au moins une partie des actionneurs, notamment par effet piézoélectrique. Procédé selon l’une des revendications 15 et 16, la variation de rigidité générant une perception tactile donnant l’impression à l’utilisateur de toucher une surface présentant du relief. Procédé de fabrication d’un actionneur (5) de type piézoélectrique céramique utilisé dans une interface telle que définie dans l’une quelconque des revendications 1 à 14, comportant les étapes consistant à : déposer au moins une première couche (54) d’un matériau conducteur sur la face supérieure d’un support flexible (2b), de préférence une feuille polymère flexible, fixer une céramique piézoélectrique (51) sur la couche conductrice ainsi formée, déposer, notamment par impression à jet d’encre, une couche d’un matériau conducteur (57) sur la céramique piézoélectrique, déposer une couche d’un isolant électrique (58), de préférence déposé par impression, sur les couches précédemment déposées. Procédé de fabrication d’une interface telle que définie dans l’une quelconque des revendications 1 à 14, comportant l’étape consistant à : Assembler deux parois flexibles (2a, 2b), notamment par soudure ou collage, de manière à former une chambre (2), au moins l’une des parois présentant des actionneurs (5) sur l’une de ses faces.