Capteur tactile

Un capteur tactile est un appareil qui mesure des informations résultant d’une interaction physique avec son environnement. Les capteurs tactiles sont généralement modélisés d’après le sens biologique du toucher cutané, capable de détecter les stimuli résultant d’une stimulation mécanique, de la température et de la douleur (bien que la détection de la douleur ne soit pas courante dans les capteurs tactiles artificiels). Les capteurs tactiles sont utilisés dans la robotique, le matériel informatique et les systèmes de sécurité. Une application courante des capteurs tactiles concerne les dispositifs à écran tactile sur les téléphones mobiles et l’informatique.

Les capteurs tactiles peuvent être de différents types, notamment les capteurs piézorésistifs, piézoélectriques, capacitifs et élastorésistifs.

De tels capteurs peuvent collecter des informations sur:

la position, la forme et l’orientation de l’objet touché
valeurs et direction de la force dans la zone de contact
caleçon
conductivité thermique et température absolue du corps touché
texture et humidité de surface
dureté

Classification

Capteurs de force tactiles
Matrice de résistance – Deux plans perpendiculaires d’électrodes parallèles séparées l’une de l’autre par un matériau piézorésistif. Le point de la matrice est défini à l’intersection d’électrodes perpendiculaires.
Capteur tactile résistif magnétique
Capteur tactile avec couche piézoélectrique
Capteur tactile utilisant le rayonnement infrarouge

Capteurs tactiles sensibles
Capteur tactile avec des couches de caoutchouc conductrices
Capteur tactile capacitif
Capteur tactile optoélectronique
Capteur tactile utilisant un moment dipolaire

Les usages
Les capteurs tactiles apparaissent dans la vie quotidienne, tels que des boutons d’ascenseur et des lampes qui s’assombrissent ou s’illuminent en touchant la base. Il existe également d’innombrables applications pour les capteurs tactiles dont la plupart des gens ne sont jamais conscients.

Les capteurs qui mesurent de très petits changements doivent avoir une très grande sensibilité. Les capteurs doivent être conçus pour avoir un petit effet sur ce qui est mesuré. rendre le capteur plus petit améliore souvent ceci et peut introduire d’autres avantages. Les capteurs tactiles peuvent être utilisés pour tester les performances de tous types d’applications. Par exemple, ces capteurs ont été utilisés dans la fabrication d’automobiles (freins, embrayages, joints de porte, joints d’étanchéité), le laminage de batteries, les assemblages boulonnés, les piles à combustible, etc.

L’imagerie tactile, en tant que modalité d’imagerie médicale, traduisant le sens du toucher en une image numérique est basée sur les capteurs tactiles. L’imagerie tactile imite étroitement la palpation manuelle, car la sonde du dispositif avec une matrice de capteurs de pression montée sur son visage agit de manière similaire aux doigts humains lors de l’examen clinique, déformant les tissus mous par la sonde et détectant les modifications résultantes du profil de pression.

Les robots conçus pour interagir avec des objets nécessitant une manipulation impliquant une précision, une dextérité ou une interaction avec des objets inhabituels nécessitent un appareil sensoriel fonctionnellement équivalent à la capacité tactile de l’homme. Les capteurs tactiles ont été développés pour une utilisation avec des robots. Les capteurs tactiles peuvent compléter les systèmes visuels en fournissant des informations supplémentaires lorsque le robot commence à saisir un objet. À ce stade, la vision ne suffit plus, car les propriétés mécaniques de l’objet ne peuvent être déterminées par la vision seule. La détermination du poids, de la texture, de la rigidité, du centre de masse, du coefficient de frottement et de la conductivité thermique nécessite une interaction entre objets et une sorte de détection tactile.

Plusieurs classes de capteurs tactiles sont utilisées dans les robots de guerre et d’ingénierie

Capteurs de pression
Les réseaux de capteurs de pression sont de grandes grilles de tactels. Un “tactel” est un “élément tactile”. Chaque tactel est capable de détecter des forces normales. Les capteurs à base de Tactel fournissent une “image” haute résolution de la surface de contact. Outre la résolution spatiale et la sensibilité à la force, les questions d’intégration de systèmes telles que le câblage et le routage des signaux sont importantes. Les réseaux de capteurs de pression sont disponibles sous forme de film mince. Ils sont principalement utilisés comme outils d’analyse utilisés par les ingénieurs et les techniciens dans les processus de fabrication et de R & D, et ont été adaptés pour être utilisés dans des robots. Des exemples de tels capteurs disponibles pour les consommateurs comprennent les réseaux constitués de caoutchouc conducteur, de titanate de zirconate de plomb (PZT), de polyfluorure de vinylidène (PVDF), de PVDF-TrFE, de FET et d’éléments de détection capacitifs métalliques.

Rosettes de jauge de contrainte
Les rosettes de jauges de contrainte sont constituées de multiples jauges de contrainte, chaque jauge détectant la force dans une direction particulière. Lorsque les informations de chaque jauge de contrainte sont combinées, elles permettent de déterminer un schéma de forces ou de couples.

Capteurs tactiles biologiquement inspirés
Une variété de conceptions biologiquement inspirées ont été suggérées, allant de simples capteurs en forme de moustaches qui mesurent un point à la fois en passant par des capteurs plus perfectionnés du bout des doigts, à des capteurs complets en peau comme sur le dernier iCub (citation nécessaire). Les capteurs tactiles d’inspiration biologique intègrent souvent plus d’une stratégie de détection. Par exemple, ils peuvent détecter à la fois la distribution des pressions et la configuration des forces qui proviendraient des matrices de capteurs de pression et des rosettes de jauge de contrainte, permettant une discrimination et une détection de force à deux points, avec une capacité humaine.

Les versions avancées de capteurs tactiles conçus biologiquement incluent la détection de vibration qui a été jugée importante pour comprendre les interactions entre le capteur tactile et les objets lorsque le capteur glisse sur l’objet. De telles interactions sont maintenant considérées comme importantes pour l’utilisation d’outils humains et l’évaluation de la texture d’un objet. Un tel capteur combine la détection de force, la détection de vibration et la détection de transfert de chaleur.

Capteurs tactiles de bricolage et de matériel ouvert
Récemment, un capteur tactile sophistiqué a été mis au point à matériel ouvert, permettant aux amateurs et aux amateurs d’expérimenter une technologie autrement coûteuse. De plus, avec l’avènement des caméras optiques bon marché, de nouveaux capteurs ont été proposés, qui peuvent être construits facilement et à moindre coût avec une imprimante 3D.