Une touche d'ingéniosité

Maintenant que de plus en plus de téléphones intelligents et de lecteurs MP3 sont dotés d'interfaces à écran tactile, les gens se sont habitués à interagir avec des gadgets en utilisant uniquement des tapotements et des glissements de doigts. Mais au 11e étage d'un immeuble du centre-ville de Manhattan, les chercheurs de l'université de New York Ilya Rosenberg et Ken Perlin développent une interface qui va encore plus loin. Il s'agit d'un coussinet fin qui répond précisément à la pression exercée non seulement par un doigt, mais également par une gamme d'objets, tels qu'un pied, un stylet ou une baguette. Et il peut détecter plusieurs entrées à la fois.

Ken Perlin (à gauche), professeur d'informatique à NYU, et Ilya Rosenberg, étudiant diplômé de NYU, montrent les feuilles de plastique qui sont le point de départ de leurs tablettes tactiles sensibles à la pression.

L'idée du tampon est venue à Rosenberg, un étudiant diplômé de l'Université de New York, il y a quelques années, alors qu'il travaillait avec un polymère conducteur appelé encre à résistance à détection de force, qui est souvent utilisé dans les claviers de musique électronique. Lorsqu'une pression est appliquée sur l'encre, ses molécules se réorientent d'une manière qui modifie sa résistance électrique, ce qui est facile à mesurer. Rosenberg a à l'origine utilisé l'encre pour créer des capteurs qui pourraient être intégrés sous les limites des courts de tennis pour automatiser les appels en ligne, mais il s'est demandé si cela pourrait être la base d'une bonne interface multitouch pour les ordinateurs. Il a commencé à collaborer avec Perlin, professeur au Media Research Laboratory de NYU, pour fabriquer un pavé tactile sensible à la pression pour remplacer une souris d'ordinateur.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de septembre 2009

• Voir le reste du numéro
• S'abonner

Les coussinets sensibles à la pression existent depuis des années, mais la plupart se limitent à des applications simples, telles que la détection de l'occupation d'un siège d'auto. Des appareils comme le Palm Pilot, qui utilisent un stylet pour saisir des données, détectent généralement le toucher en mesurant les changements de résistance électrique lorsqu'un objet touche l'écran. Mais ces écrans ne peuvent enregistrer qu'une seule touche à la fois. Les écrans tactiles des téléphones intelligents, quant à eux, utilisent un capteur qui détecte les changements de capacité ou la capacité du matériau à retenir une charge électrique ; la capacité change lorsque des objets contenant de l'eau, y compris les doigts, se déplacent sur l'écran. De tels écrans peuvent détecter plusieurs touchers, mais ils ne peuvent pas détecter la pression.

Le pavé tactile de Rosenberg et Perlin, en revanche, combine certains avantages de toutes ces technologies. Il peut enregistrer simultanément la pression et l'emplacement de plusieurs touches, et il peut être simplement et à peu de frais réduit à la taille d'un pendentif ou agrandi pour couvrir un dessus de table.

Plastique peint
Pour construire un pavé tactile sensible à la pression, Rosenberg commence avec des feuilles de plastique légèrement plus épaisses qu'un morceau de papier. Il utilise un programme spécial pour concevoir un motif de lignes qui sera imprimé sur chaque feuille, adaptant le motif à l'utilisation prévue de l'appareil. Les lignes sont posées sur le plastique en métal pour les rendre électriquement conductrices ; la feuille est ensuite recouverte d'une couche uniforme d'encre noire sensible à la pression. En gros, les capteurs imprimés coûteraient environ 100 $ le mètre carré, mais comme ces prototypes de la taille d'une lettre sont uniques, chacun coûte environ 100 $.

Rosenberg place deux des feuilles préparées l'une contre l'autre avec le côté encre polymère vers l'intérieur, en les orientant de sorte que les lignes conductrices créent une grille. Ensuite, il colle les feuilles ensemble avec du ruban adhésif double face. Chaque sixième ligne métallique se termine à un bord des feuilles de plastique par une courte queue flexible qui est reliée à une carte de circuit imprimé rigide par une pince. Bien que le reste des fils ne soient pas connectés à l'électronique, ils influencent les caractéristiques électriques des lignes actives, ce qui aide le logiciel à déduire d'où vient un toucher.

La carte de circuit imprimé elle-même contient une micropuce programmée pour balayer le capteur, alimentant chaque fil actif en succession rapide. La puce convertit également les données de pression d'un signal analogique continu en un format numérique qu'un ordinateur peut interpréter. Enfin, il compresse les données et les envoie à un ordinateur via une connexion USB ou (pour les applications musicales) un port MIDI.

Le logiciel de l'ordinateur calcule à la fois la position des objets qui entrent en contact avec le tampon et la quantité de pression qu'ils exercent. Si un objet se touche à l'intersection de deux lignes conductrices, l'électronique y enregistre un fort courant ; mais plus on s'éloigne de l'intersection qu'elle touche, plus le courant est faible, à cause de la résistivité de l'encre. Les prototypes ont déjà une résolution suffisamment élevée pour détecter avec précision l'entrée du doigt et du stylet pour les tablettes PC. Pour une seule touche, il peut enregistrer des forces de cinq grammes à cinq kilogrammes avec une marge d'erreur de 2,5%, une plage suffisante pour interpréter le léger tapotement d'un stylet ou une frappe sur un tambour numérique. Perlin dit que parce que si peu de fils doivent être alimentés, des versions plus grandes du pad peuvent atteindre une sensibilité similaire sans beaucoup plus de complexité ou de coût.

Pression du marché
Les prototypes d'aujourd'hui sont d'un noir opaque, ils ne conviennent donc pas comme interfaces à écran tactile pour les téléphones portables et autres gadgets électroniques. Mais une interface sensible à la pression aussi précise et peu coûteuse a encore de nombreuses utilisations potentielles, dit Perlin.

Par exemple, Rosenberg et Perlin ont collaboré avec d'autres chercheurs sur plusieurs applications médicales et scientifiques. Perlin dit que le coussin pourrait être ajouté aux chaussures pour surveiller la marche et aux lits d'hôpitaux pour alerter les infirmières lorsqu'un patient est immobile depuis trop longtemps, augmentant le risque d'escarres. Le tampon est même suffisamment sensible pour mesurer les ondes de pression dans l'eau et l'air ; cela pourrait conduire à de meilleurs modèles de dynamique des fluides qui pourraient aider à la conception d'avions et de bateaux. Aujourd'hui, les chercheurs utilisent des réseaux de capteurs individuels pour collecter de telles données, mais ils sont trop coûteux à utiliser sur une grande surface.

La technologie est également utile dans les interfaces multitouch pour les appareils électroniques. Patrick Baudisch, chercheur à l'Institut Hasso Plattner en Allemagne, a intégré le pad à l'arrière d'un petit gadget de jeu, ajoutant efficacement une entrée tactile ergonomique : les utilisateurs peuvent contrôler le jeu sans que leurs doigts bloquent l'écran. Et Rosenberg pense qu'en utilisant un autre type d'encre sensible à la pression et en rendant les lignes plus fines, lui et ses collègues peuvent construire un capteur transparent utilisable sur les écrans tactiles des téléphones portables et des tablettes PC.

Le pavé tactile de Rosenberg et Perlin est beaucoup plus sensible que les autres appareils de détection de résistance, explique Andy Wilson, un chercheur de Microsoft qui a développé Surface, une table multitouch disponible dans le commerce. De nombreuses applications se concentrent sur l'utilisation du capteur de pression de manière intéressante, dit-il. Il ajoute cependant que la technologie n'en est qu'à ses débuts et qu'il est difficile de dire à quel point elle sera moins chère que les interfaces tactiles d'aujourd'hui.

En avril, Rosenberg et Perlin ont lancé Touchco, une startup qui octroiera une licence pour la technologie et fournira une assistance à la conception aux entreprises qui souhaitent l'intégrer dans des appareils tels que des téléphones portables et des liseuses. Les ingénieurs de l'entreprise explorent d'autres applications, telles que le premier tambour à main électronique, qui serait impossible sans un capteur capable d'une résolution aussi fine.

Finalement, ces pavés tactiles minces et discrets pourraient être intégrés à pratiquement n'importe quelle surface, ouvrant une nouvelle dimension d'interaction multitouch.

cacher