Brevet FR3124617A1 — publié le 20221230

La présente invention concerne une interface de stimulation tactile (1), comprenant une première face (3), destinée à être explorée tactilement, et appelée face tactile, et une deuxième face (4) munie d’au moins un actionneur (5), ledit au moins un actionneur (5) étant configuré pour être excité de manière à générer et à transmettre des ondes acoustiques à la face tactile, l’interface (1) étant caractérisée en ce que la deuxième face (4) comprend au moins une zone de confinement des ondes acoustiques (7) générées par ledit au moins un actionneur (5), ladite au moins une zone de confinement (7) étant délimitée au moins en partie par des miroirs acoustiques (6) réalisés par un métamatériau acoustique configuré pour réfléchir les ondes acoustiques de fréquences comprises dans un intervalle prédéterminé, appelé bande interdite, ladite bande interdite incluant la fréquence porteuse des ondes acoustiques générées par ledit au moins un actionneur (5). Figure pour l’abrégé : Fig. 2 INTERFACE DE STIMULATION TACTILE La présente invention a pour objet une interface de stimulation tactile. L'invention permet en particulier de localiser spatialement des stimuli tactiles. Une interface de stimulation tactile est destinée à restituer une information tactile, telle qu’une texture, un relief, une rugosité variable dans le temps et/ou l’espace, une illusion d’appuyer sur un matériau souple, de presser une touche. L'exploration tactile des surfaces est omniprésente dans les interactions quotidiennes avec les nouvelles technologies du numérique et de l’informatique, qu'il s'agisse de glisser le doigt sur un smartphone ou d'interagir avec un pavé tactile. Cependant, les dispositifs existants manquent souvent d'un retour haptique convaincant. En conséquence, un objectif de la recherche haptique est d'améliorer l'expérience de l'utilisateur en créant des stimuli tactiles. Parmi de nombreuses options technologiques, l'attention de la communauté scientifique s'est récemment portée sur la lubrification ultrasonique et sur le retour vibrotactile. La première option exploite les ondes transverses ultrasonores (de 20 kHz à 200 kHz) comme moyen de moduler la friction apparente d'une surface lisse. La seconde option utilise des ondes à des fréquences bien plus basses (de 0 Hz à 500 Hz) pour stimuler directement les mécanorécepteurs du doigt humain. La lubrification par ultrasons, utilisée à l'origine dans des applications industrielles, s'appuie dans le domaine haptique sur des ondes ultrasoniques transversales établies dans une plaque pour créer un coussin d'air entre la peau et la surface. Avec cette technique, la charge normale appliquée par la pulpe du doigt sur la surface est partagée entre le coussin d'air et les aspérités de la couche cornée de la peau en contact intime avec la surface. La surface de contact effective est réduite ainsi que le frottement. Les êtres humains étant sensibles aux changements de friction, des caractéristiques haptiques virtuelles peuvent être générées sur une surface lisse. À ce jour, cependant, la lubrification par ultrasons est limitée aux interactions globales, car les ondes stationnaires doivent être établies sur l'ensemble d'une plaque. Les êtres humains étant sensibles aux vibrations, des caractéristiques haptiques virtuelles peuvent être générées en faisant vibrer directement une partie du corps dans la plage fréquentielle pouvant être perçue par les mécanorécepteurs (de 0 Hz à 500 Hz). À ce jour, cependant, le retour vibrotactile est limité en ce que les vibrations se propagent dans le medium contenant les actionneurs ce qui empêchent un contrôle précis des vibrations et une haute-fidélité haptique. Plusieurs solutions actuelles permettant la localisation haptique sont basées sur une approche logicielle, comme par exemple le retournement temporel et le filtre inverse. Ceci nécessite une importante puissance de calcul, incompatible avec les contraintes d’asservissement en temps réel des systèmes haptiques. Les solutions de l’état de l’art qui localisent les ultrasons dans des plaques ont pour défaut d’avoir des amplitudes vibratoires très faibles, insuffisantes pour générer un coussin d’air lubrifiant le contact de manière significative. Les solutions de l’état de l’art qui localisent les signaux vibrotactiles dépendent grandement de la forme des actionneurs et des conditions aux limites de fixation du dispositif. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. L’invention a pour objet une interface de stimulation tactile, comprenant une première face, destinée à être explorée tactilement, et appelée face tactile, et une deuxième face munie d’au moins un actionneur, ledit au moins un actionneur étant configuré pour être excité de manière générer et à transmettre des ondes acoustiques à la face tactile. Dans l’interface selon l’invention, la deuxième face comprend au moins une zone de confinement des ondes acoustiques générées par ledit au moins un actionneur, ladite au moins une zone de confinement étant délimitée au moins en partie par des miroirs acoustiques réalisés par un métamatériau acoustique configuré pour réfléchir les ondes acoustiques de fréquences comprises dans un intervalle prédéterminé, appelé bande interdite. La bande interdite inclut avantageusement la fréquence porteuse des ondes acoustiques générées par ledit au moins un actionneur. La fréquence porteuse est la fréquence d’une onde sinusoïdale qui est ensuite modulée par un signal qui contient l’information haptique. Ledit au moins un actionneur peut être un actionneur piézoélectrique ou un actionneur électromagnétique. De manière générale, le métamatériau peut comprendre des résonateurs arrangés périodiquement. La bande interdite du métamatériau acoustique peut être comprise dans un intervalle de fréquences inférieures à 500 Hz. Le métamatériau peut comprendre dans ce cas des résonateurs arrangés périodiquement. Les résonateurs peuvent dans ce cas être des billes en tungstène, cuivre, acier ou plomb, entourées de silicone. La première face et la deuxième face peuvent former une plaque. La plaque peut être en métal, en silicium ou en verre. La bande interdite du métamatériau acoustique peut être comprise dans un intervalle de fréquences allant de 20 kHz à 200 kHz. Le métamatériau peut également comprendre dans ce cas des résonateurs arrangés périodiquement. Les résonateurs peuvent être des cylindres en aluminium de section circulaire ou rectangulaire. En variante, les résonateurs peuvent être des billes en tungstène, cuivre, acier ou plomb, montées sur un cylindre en aluminium de section circulaire ou rectangulaire. Ladite au moins une zone de confinement des ondes acoustiques peut être une surface aux bords orthogonaux ou une surface circulaire. D’autres avantages et particularités de la présente invention résulteront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux figures annexées : est une vue en perspective de dessus d’une interface de stimulation tactile selon l’invention, conformément à un premier mode de réalisation, est une vue en perspective de dessous d’une interface de stimulation tactile selon l’invention, conformément à un premier mode de réalisation, est une vue en perspective de dessous d’une interface de stimulation tactile selon l’invention, conformément à un deuxième mode de réalisation, est une vue de détail de l’interface de stimulation tactile de la , est une première vue en perspective de dessus d’une interface de stimulation tactile selon l’invention, conformément à un troisième mode de réalisation, et est une deuxième vue en perspective de dessus d’une interface de stimulation tactile selon l’invention, conformément à un troisième mode de réalisation. Interface de stimulation tactile (1), comprenant une première face (3), destinée à être explorée tactilement, et appelée face tactile, et une deuxième face (4) munie d’au moins un actionneur (5), ledit au moins un actionneur (5) étant configuré pour être excité de manière à générer et à transmettre des ondes acoustiques à la face tactile (3), l’interface (1) étant caractérisée en ce que la deuxième face (4) comprend au moins une zone de confinement des ondes acoustiques (7) générées par ledit au moins un actionneur (5), ladite au moins une zone de confinement (7) étant délimitée au moins en partie par des miroirs acoustiques (6) réalisés par un métamatériau acoustique configuré pour réfléchir les ondes acoustiques de fréquences comprises dans un intervalle prédéterminé, appelé bande interdite, ladite bande interdite incluant la fréquence porteuse des ondes acoustiques générées par ledit au moins un actionneur (5). Interface (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit au moins un actionneur (5) est un actionneur piézoélectrique ou un actionneur électromagnétique. Interface (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le métamatériau comprend des résonateurs (9) arrangés périodiquement. Interface (1) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la bande interdite du métamatériau acoustique est comprise dans un intervalle de fréquences inférieures à 500 Hz. Interface (1) selon la revendication 3, caractérisée en ce que les résonateurs (9) sont des billes en tungstène, cuivre, acier ou plomb, entourées de silicone. Interface (1) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la première face (3) et la deuxième face (4) forment une plaque. Interface (1) selon la revendication 6, caractérisée en ce que la plaque (2) est en métal, en silicium ou en verre. Interface (1) selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que la bande interdite du métamatériau acoustique est comprise dans un intervalle de fréquences allant de 20 kHz à 200 kHz. Interface (1) selon la revendication 3, caractérisée en ce que les résonateurs (9) sont des cylindres en aluminium de section circulaire ou rectangulaire. Interface (1) selon la revendication 3, caractérisée en ce que les résonateurs (9) comprennent des billes en tungstène, cuivre, acier ou plomb, montées sur un cylindre en aluminium de section circulaire ou rectangulaire. Interface (1) selon l’une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que ladite au moins une zone de confinement des ondes acoustiques (7) est une surface aux bords orthogonaux ou une surface circulaire.