Une feuille de silicone révèle la forme 3D d'un objet plié

Une feuille de silicone mise au point par des chercheurs du MIT peut afficher presque immédiatement la forme 3D d'un objet plié. L'équipe, composée des étudiants diplômés Qifan Yu et Nina Cao, ainsi que de la professeure adjointe Kaitlyn Becker, a intégré quatorze fibres optiques en caoutchouc dans une fine feuille de silicone. Cette innovation pourrait être utilisée dans les vêtements pour suivre les mouvements du corps.

Des fibres optiques qui détectent la courbure et la direction

Les chercheurs ont modifié les fibres optiques traditionnelles en remplaçant le cœur de verre par un caoutchouc souple et transparent, puis en le recouvrant de caoutchouc noir. Un côté du cœur a été rendu rugueux pour aider à détecter la façon dont la fibre se courbe. La lumière se disperse davantage lorsque la fibre se courbe du côté rugueux, ce qui permet à l'équipe de déterminer à la fois la direction et l'ampleur de la courbure.

Des fibres disposées en deux couches pour plus de précision

Les quatorze fibres sont placées en deux couches de sept. Chaque fibre est éclairée à une extrémité par une DEL et se termine par un capteur de lumière. Les données recueillies par ces capteurs sont traitées par une carte externe, puis un algorithme traduit ces informations en une forme 3D.

Des simulations qui montrent une grande précision, même en cas de défaillance

Dans leurs expériences, les chercheurs ont constaté que l'inclinaison des fibres améliorait la précision davantage que l'ajout de fibres supplémentaires. Même lorsque trois fibres sur quatorze tombaient en panne, l'erreur dans la forme reconstituée restait inférieure à 0,3 centimètre. Sur des moules imprimés en 3D, la différence entre la feuille réelle et sa reconstitution se situait entre 0,28 et 0,45 centimètre.

La méthode du MIT atteint la précision des capteurs existants

Les systèmes de capteurs rigides existants présentent une marge d'erreur d'environ 1 à 2 centimètres, mais les résultats de l'équipe du MIT sont « au moins équivalents aux technologies existantes », selon Qifan Yu. L'équipe décrit la reconstitution comme « presque en temps réel », avec environ trois reconstitutions par seconde dans MATLAB, toutes les étapes de mesure et d'affichage comprises.

Comparaison avec le suivi des mouvements du Steam Frame

Le Steam Frame de Valve, lancé en septembre, utilise des caméras et deux manettes pour détecter les mouvements. Cependant, son algorithme est trop lent pour les jeux vidéo et peine à suivre avec précision le poignet et le coude. Dans un mode expérimental, l'image est rafraîchie jusqu'à 144 fois par seconde, mais la forme de la feuille ne se mettrait à jour à l'écran qu'une fois toutes les 48 images.

Souplesse et difficultés liées au suivi des articulations

Selon Tom's Hardware, la feuille de silicone est entièrement souple, mais ne s'étire pas dans son ensemble. La peau s'étire au niveau du poignet et du coude, ce qui complique l'algorithme de suivi de forme. Pour y remédier, les chercheurs ont utilisé une méthode simplifiée pour estimer les angles de ces articulations. L'un des auteurs a personnellement réalisé toutes les démonstrations portées sur le corps.

Améliorations futures et applications

La feuille est sensible à la pression exercée sur l'avant-bras, même sans mesure calibrée de la force, et l'équipe traite ce signal séparément du suivi de forme. Actuellement, les fibres mesurent 1 millimètre d'épaisseur, mais grâce à de nouvelles techniques de fabrication, les chercheurs estiment pouvoir réduire cette épaisseur à moins que la largeur d'un cheveu. Cela permettrait d'intégrer davantage de fibres dans les vêtements, ce qui pourrait faciliter le suivi de la rééducation des patients. Kaitlyn Becker a indiqué que de telles feuilles pourraient aider les kinésithérapeutes à comparer plus précisément les évaluations au fil du temps.