Stimuler le sens du toucher avec la chimie

Nos yeux sont peut-être des fenêtres sur le monde, mais nos doigts nous mettent en contact avec lui. Pour recréer ce sens tactile, la technologie actuelle repose sur de minuscules moteurs et de l’électricité. Cependant, les bosses et les bourdonnements qu’ils génèrent ne sont pas très bons pour imiter la réalité. Aujourd’hui, les scientifiques rapportent des preuves que notre peau peut percevoir de subtiles différences de chimie – des découvertes qui, espèrent-ils, pourraient fournir la base d’une nouvelle façon de contrôler le toucher et de mieux l’intégrer dans des applications telles que la réalité virtuelle.

Les chercheurs présenteront leurs résultats lors de la réunion de printemps de l’American Chemical Society (ACS).

« Lorsque vous touchez un objet, vous ressentez sa surface et vous pouvez modifier sa sensation en modifiant la friction entre cette surface et votre doigt. C’est là que la chimie entre en jeu », explique Charles Dhong, Ph.D., le chercheur principal du projet. « Nous pensons que la chimie des matériaux pourrait ouvrir la porte à la recréation de sensations plus nuancées, que vous conceviez une surface pour qu’elle se sente d’une certaine manière ou que vous créiez des dispositifs de rétroaction pour la réalité virtuelle. »

Parmi les cinq sens, la technologie en a adopté certains plus facilement que d’autres. Les écrans d’ordinateur, les écrans de téléphones intelligents et les casques de réalité virtuelle offrent des images détaillées, voire immersives. Les appareils audio recréent également des voix, de la musique et d’autres sons en haute fidélité. Les progrès de la technologie tactile, cependant, ont pris du retard, en partie parce qu’ils impliquent plusieurs types de sensations, telles que la température et la douleur. De plus, certains efforts pour recréer le toucher ont inclus des systèmes conçus pour simuler une sensation de mouvement du corps, une sensation complexe.

Les recherches de Dhong à l’Université du Delaware se concentrent sur un type de toucher spécifique : l’utilisation des doigts pour détecter la texture. Certaines méthodes pour évoquer ce genre de toucher fin sont déjà disponibles. Un vibreur à l’intérieur d’un smartphone lui permet d’attirer votre attention sans sonner. Dans un afficheur braille actualisable pour les personnes malvoyantes ou aveugles, un actionneur déplace les broches vers le haut pour créer des bosses. Ce type de toucher dépend d’une force physique, la friction, qui est la résistance que la peau rencontre lorsqu’elle effleure un objet. Alors que des attributs tels que les contours d’une surface influencent le frottement, la chimie aussi. La structure des molécules au sein d’une substance et les propriétés de sa surface influencent également la sensation. Dhong et ses collègues soupçonnaient qu’en ne modifiant que les caractéristiques liées à la chimie, ils pouvaient modifier la sensation d’une surface.

Dans des travaux antérieurs, l’équipe de Dhong a demandé aux gens de toucher des couches d’une seule molécule d’épaisseur de silane, un composé contenant du silicium. Aucune des surfaces de silane ne possédait de différences détectables de lissé. Même ainsi, ceux qui touchaient les surfaces pouvaient les différencier en fonction de différences chimiques, y compris la substitution d’un atome dans chaque molécule de silane par un autre, en raison de changements subtils de friction. « Des recherches récentes ont montré que les gens peuvent détecter les différences physiques entre les surfaces à une résolution aussi faible que 13 nanomètres », a déclaré Dhong. « Maintenant, nous disons que le sens du toucher peut également identifier des changements chimiques aussi petits que l’échange d’un atome d’azote contre un atome de carbone. »

Lors de la réunion, Dhong présentera des travaux récents axés sur les polymères, les molécules de référence pour les matériaux synthétiques. Les polymères se distinguent non seulement par leurs formules chimiques, mais aussi par une caractéristique connue sous le nom de cristallinité, qui décrit la manière dont les molécules en forme de chaîne sont organisées. Les polymères dans ces expériences avaient des formules et des poids moléculaires identiques ; seul le degré de cristallinité différait.

Dans leurs expériences, les chercheurs se sont concentrés sur la texture perçue de fines couches de polymères. Comme pour les silanes, ils ont demandé aux sujets de faire glisser leurs doigts sur le polymère. Cette fois aussi, ils ont découvert que les gens pouvaient différencier les polymères en se basant uniquement sur les variations de frottement résultant de modifications subtiles de la cristallinité des molécules.

« Une nouvelle approche pour contrôler le toucher fin et la perception de la texture pourrait avoir de nombreuses applications », explique Dhong. « Cela pourrait, par exemple, permettre de concevoir de nouveaux types de surfaces, ou de mieux intégrer ce sens dans des environnements de réalité virtuelle. à distance », dit Dhong.