Dans le monde de la réalité virtuelle, le sens du toucher est un peu le parent pauvre. Si les interfaces haptiques à retour d’efforts apportent une notion de dimensions et de volume, la texture des surfaces n’est malheureusement pas rendue, alors qu’elle est capitale pour bien interagir avec l’objet. L’IRISA, dans le cadre des projets européens H-Reality et maintenant E-Textures, a réussi à duper le sens du toucher avec une interface à base d’ondes ultrasonores.
Si le virtuel lui permet de se faire une idée sur un objet en devenir, l’homme a souvent besoin de le toucher pour bien le percevoir. A cette fin de multiples systèmes haptiques ont été créés, permettant d’en approcher les dimensions, les formes et le volume dans une réalité virtuelle aux aspects visuels toujours plus réalistes. Par contre, difficile avec de tels équipements de percevoir la texture des surfaces que l’on ‘‘touche’’. Pourtant les chercheurs ont montré que la bonne perception de la texture d’un objet virtuel augmente sensiblement les possibilités d’interagir avec lui.
« C’est tout l’objet des recherches que nous menons dans le cadre du projet E-Textures », explique Claudio Pacchierotti, Chercheur à l’Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA), basé à Rennes. « Pour cela, nous avons développé tous les aspects logiciels, en partenariat avec la société britannique Ultraleap qui s’occupe des aspects matériels, d’un système haptique sans contact utilisant les ultrasons, qui est capable de simuler à texture d’une surface. »
Une matrice d’ultrasons
« Du côté matériel, nous utilisons une matrice de 256 haut-parleurs à ultrasons, dont la fréquence est trop élevée pour que vous puissiez les entendre. Grâce aux logiciels de pilotage développés avec l’IRISA, nous pilotons individuellement et déclenchons ces haut-parleurs avec des décalages temporels spécifiques entre eux, de sorte que les ondes sonores émises par chaque haut-parleur arrivent au même point en même temps. Et parce que les ondes ultrasonores ne sont que des ondes de pression se déplaçant dans l’air, arrivées à ce point, toutes les pressions s’additionnent. Créant ainsi un point focal de ‘‘haute pression’’ très localisé (6,5 mm) où il y a assez de force générée pour légèrement déplacer la surface de la paume de votre main placée à une vingtaine de centimètres de la matrice, dont l’on détecte la position en temps réel grâce à un système de tracking intégré », explique Tom Carter, CTO d’Ultraleap.
En contrôlant l’émission des différents haut-parleurs, on peut créer une vibration qui sera perçue par la main comme une notion de texture. « De plus en ‘‘sculptant’’ le champ d’émission acoustique, au-delà d’un simple point, on peut créer une ligne, une surface ou même des formes 3D. »
De H-Reality à E-Textures
De fait, le projet E-Textures reprend une partie des résultats du projet européen Horizon 2020 sur la réalité hybride, H-Reality, coordonné par l’Université de Birmingham (Grande-Bretagne) et mené en collaboration avec le CNRS/IRISA, l’Université technologique de Delft (Pays-Bas), ainsi que les sociétés Ultraleap et Actronika. Les partenaires du projet ont d’abord étudié la mécanique du toucher : comment des vibrations induites au niveau de la peau, quand elle est au contact de la surface d’un objet, stimulent des terminaisons nerveuses, puis sont traduites en perceptions tactiles. Pour reconstruire numériquement les sensations de formes et de textures, ils ont combiné deux technologies : l’haptique sans contact, qui repose sur les ultrasons, et l’haptique de contact, qui fait appel à des dispositifs portés par l’utilisateur.
« L’haptique sans contact est une voie particulièrement prometteuse, car l’utilisateur n’a pas besoin de porter sur lui un dispositif matériel, forcément contraignant. Ce volet a permis de développer un nouvel algorithme haptique qui utilise l’IA et une série d’ondes ultrasoniques en phase pour créer des ‘‘hologrammes texturés’’ que l’on peut ‘‘toucher’’ et ‘‘ressentir’’ dans l’air (mid-air). C’est une sensation très subtile et localisée qui donne, à la manière d’un échantillon, l’aspect d’une texture en dupant le sens du touché », développe Claudio Pacchierotti.
Le projet E-Textures est lui aussi financé par l’Union Européenne dans le cadre des Future and Emerging Technologies (FET) Innovation Launchpad. Coordonné par d’Ultraleap, il regroupe cette fois l’IRISA et la société d’études de marché polonaise Softserve. Il se concentrera dans un premier temps sur la commercialisation de la technologie de génération de textures haptiques dans l’air pour des interactions tactiles en réalité virtuelle ou augmentée en temps réel, dans trois domaines d’applications cibles : la santé (rééducation, traitement des phobies…) ; le commerce de détail (présentation de produits…) ; le culturel et les musées (applications interactives, parcours pédagogiques multi-sensoriels…). Des contacts ont donc déjà été pris avec des entreprises travaillant dans ces domaines d’application, en vue transférer ces technologies issues de la recherche vers le milieu industriel. Mais, à terme, d’autres secteurs applicatifs pourraient être envisagés (design…).
Guérir la phobie des araignées
Pour illustrer leurs recherches, l’IRISA et ses partenaires ont mis au point plusieurs prototypes, qui ont été présentés lors de la conférence Eurohaptics, à Hambourg en mai 2022. En proposant aux visiteurs de ‘‘toucher’’ différents objets virtuels, ils ont démontré la capacité de leur système à restituer numériquement des textures très différentes (écailles de poisson, peau de serpent, fourrure, flocons de neige…). De plus, une araignée virtuelle qui se promenait sur la main des visiteurs, qui pouvaient cette fois non seulement voir son image sur leur main mais sentir aussi la pression de ses pattes, a mis en évidence l’utilisation potentielle de ce type de dispositif pour aider à soigner des phobies.
Jean-François Prevéraud
