Et si nous communiquions avec notre prochain smartphone sans le toucher ? Les transducteurs à ultrasons nous propulsent dans cette ère innovante.
Aujourd'hui, nos interactions avec les smartphones et appareils intelligents reposent principalement sur la vue et l'ouïe. Le retour haptique sans contact, ou « aérien », introduit une dimension tactile inédite. En émettant de l'énergie ultrasonore, l'appareil transmet des vibrations perçues dans l'air, ouvrant de nouvelles voies de communication entre humains et machines. Ces interfaces sans contact gagnent en importance dans le contexte post-COVID-19.
Les ondes ultrasonores, d'une fréquence supérieure à 20 kHz et inaudibles pour l'oreille humaine, sont utilisées depuis longtemps dans divers domaines. L'échographie médicale, par exemple, convertit les échos d'impulsions ultrasonores en images des structures corporelles – une technologie en usage depuis les années 1940 pour le suivi de grossesse ou les diagnostics. Mais saviez-vous qu'elles peuvent aussi conférer un retour haptique aux systèmes intelligents, en stimulant le sens du toucher ?
Au cœur de cette innovation : un actionneur émettant des ondes ultrasonores sous forme de pression aérienne. Fini le contact physique pour les vibrations, comme sur un smartphone. Les ultrasons créent un champ de pression local perçu comme une sensation légère – l'haptique aérien – permettant des interactions sans toucher.
Cette approche révolutionne la communication homme-machine. Elle libère le regard des écrans, améliorant la sécurité au volant, et offre une manipulation plus hygiénique des appareils, crucial post-pandémie.
Combiné à la reconnaissance gestuelle, le retour haptique aérien suit les mouvements de la main pour diriger précisément l'énergie ultrasonore. Idéal pour la télémédecine, comme en chirurgie où le praticien « sent » à distance les tissus manipulés.
Pour des vibrations tangibles, plusieurs sources ultrasonores sont agencées en matrice. Chacun émet une onde sphérique omnidirectionnelle, mais en ajustant les déphasages, l'énergie se concentre en points précis – un hologramme acoustique tridimensionnel.
Ces ultrasons >20 kHz sont inaudibles ; une modulation descend leur fréquence sous 500 Hz pour une perception tactile.
La résolution dépend de la fréquence porteuse : 40 kHz offre une précision centimétrique, tandis que quelques MHz atteignent le millimétrique. À ces hautes fréquences, l'absorption aérienne croît ; un compromis optimal se situe autour de 400 kHz pour une portée d'1 cm.
Les transducteurs convertissent les signaux électriques en ultrasons. Les premiers modèles piézoélectriques céramiques, volumineux, limitaient la précision en raison de leur taille et de leur fréquence.
Des modules « plug-and-play » existent déjà pour ajouter des boutons virtuels aux interfaces. Mais les transducteurs micro-usinés (MUT) – basés sur MEMS – sont compacts, à large bande passante, et intégrables en matrices denses.
Ils ouvrent des applications portables : contrôle à distance précis, interfaces automobiles enrichies, extension d'écrans tactiles (smartwatch vers main entière), affiches publicitaires haptiques, réalité virtuelle/augmentée avec touchers virtuels, ou télémédecine avancée.
Deux types : pMUT (piézoélectriques micro-usinés) et cMUT (capacitifs, via forces électrostatiques).
Imec, expert en MEMS, développe des plateformes pMUT : une compatible CMOS pour intégration électronique (puces 2x2 cm), et une compatible affichage pour grandes surfaces.
En partenariat avec un fondeur, Imec utilise du nitrure d'aluminium pour des fréquences 3-15 MHz, modulées à 200-600 kHz via diaphragmes élargis (0,8-1,5 mm). Adaptable et scalable.
La plateforme affichage-polymer permet des matrices sur grands écrans (dizaines de cm), augmentant puissance et précision – pour affiches interactives ou fenêtres haptiques.
Preuves de concept : matrices 4x4 cm avec 64x64 pMUT (32x32 x4, Ø480 µm).
Applications commerciales émergentes. Mais les MUT excellent en focalisation : neuromodulation cérébrale, neurochirurgie, oncologie ; son directionnel individuel.
En sensing : détection d'empreintes, imagerie portable sans rayons (échographes, patchs cardiaques, IRM cérébrale). Ou tracking gestuel alternatif aux radars optiques.
