Surfaces haptiques améliorées grâce aux métamatériaux – HASAME

Le projet a établi une méthodologie de dimensionnement pour des résonateurs mécaniques, avec des dimensions ajustées de manière à aligner un mode de vibration propre sur un mode fondamental d'une plaque. Le recours à des géométries complexes permet même d'obtenir un couplage de modes, le mode de vibration dominant passant ainsi de l'un à l'autre à un emplacement précis. Un asservissement en boucle fermée, s'appuyant sur une technique de modulation-démodulation, améliore la réponse transitoire et, par conséquent, le retour haptique.

Par ailleurs, des tests psychophysiques ont été réalisés pour situer les boutons générés par des mouvements elliptiques au sein de l'espace de conception des boutons existants.

Ce projet a permis d'associer des dispositifs de réduction de friction et des dispositifs USF (friction ultrasonique) à des systèmes haptiques de surface classiques et à des interrupteurs tactiles physiques. Cette démarche s'est appuyée sur une étude comparative de la perception des interrupteurs physiques et des dispositifs haptiques de surface ; celle-ci met en évidence la nécessité d'utiliser des méthodes mixtes — combinant mesures instrumentales et expériences psychophysiques avec des testeurs humains — pour élaborer un cadre complet de la réponse sensorielle. Concernant les profils de force, tout pic d'une durée inférieure à une seconde était systématiquement interprété par le participant comme un déclenchement discret. Ce constat concorde parfaitement avec les résultats obtenus pour la réduction de friction : la modulation de friction sous-jacente était imperceptible en tant que propriété du matériau, mais clairement identifiable comme un outil d'action. À l'inverse, l'interaction USF s'inscrit dans une durée plus longue, rapprochant la perception de procédures exploratoires plutôt que d'une utilisation comme outil d'action, selon la définition de Klatzky (2025). Lorsqu'un utilisateur maintient la pulpe de son doigt sur une surface pendant plusieurs secondes, il ne cherche pas à activer une fonction, mais utilise le retour tactile pour recueillir des informations sur l'état de la surface. Ces observations corroborent les résultats des questionnaires : le stimulus USR est perçu comme bref, éphémère et discontinu, tandis que l'USF présente une dynamique temporelle différente.

Par ailleurs, nous avons démontré qu'il est possible de générer des signaux vibrotactiles grâce à des forces latérales nettes résultant d'une onde progressive. L'un des avantages majeurs de ces dispositifs réside dans leur fonctionnement silencieux. De plus, ils nécessitent une amplitude de vibration nettement inférieure à celle des systèmes traditionnels — jusqu'à 24 à 155 fois moindre — pour produire une intensité de stimulus perçue équivalente.

Le projet a également démontré la possibilité de générer une réduction de friction par ultrasons à partir de la couche arrière (« back layer ») d'écrans OLED. Des cellules élémentaires, intégrant des piliers ou des cavités, sont définies pour former un cristal phononique. Ces cellules génèrent des bandes interdites (band gaps) et sont agencées de manière à produire le schéma vibratoire souhaité. Grâce à cette méthodologie, des plaques d'une épaisseur de 1 mm permettent de confiner les modes de vibration.

Nous avons également proposé une alimentation sans transformateur pour les dispositifs d'affichage haptique à ultrasons. Ces résultats ouvrent la voie à de nouvelles applications exploitant des composants commerciaux initialement conçus pour les basses fréquences.

Notre vie quotidienne a vu l'émergence des écrans tactiles, comme périphérique d'entrée bon marché. La vision devient alors plus importante dans l'interaction, entraînant plusieurs désavantages: ils compliquent la vie des personnes malvoyantes et posent de sérieux problèmes de sécurité comme dans l'automobile par exemple. Mais introduire plus d'haptique dans l'interaction est un moyen prometteur de faire face à ces problèmes. De plus, ces dernières années ont vu émerger des technologies utilisant d'autres matériaux - le bois, le cuir ou le textile - pour devenir des surfaces haptiques, c'est à dire des surfaces qui peuvent changer la façon dont elles sont perçues par les utilisateurs. Cela conduit l'industrie à proposer des surfaces, dont le rendu peut être dynamique. Ce contexte justifie un énorme intérêt à surpasser les des solutions de retour haptique existantes, ce qui constitue l'objectif d'HASAMé: proposer des solutions nouvelles pour créer des surfaces haptiques convaincantes.