Les capteurs tactiles sont largement utilisés dans la robotique, les prothèses, les appareils portables et la surveillance des soins de santé. Ces dispositifs détectent et convertissent des stimuli externes tels que la pression et la force en signaux électriques, facilitant une détection environnementale efficace. Les scientifiques ont fait de vastes efforts pour améliorer les performances des capteurs tactiles en termes de plage de détection et de sensibilité. Dans ce contexte, les métamatériaux mécaniques sont très prometteurs. Plus précisément, les métamatériaux mécaniques auxetiques (AMMS) posent une contraction intérieure du rapport de Poisson négatif et une concentration de déformation localisée lors de la compression. Ces comportements contre-intuitifs leur rendent les options lucratives pour concevoir des capteurs et des actionneurs avec d'excellentes propriétés.
Cependant, la technologie AMM existante souffre de défis de fabrication et d'intégration.
Addressing this knowledge gap, a team of researchers from the Seoul National University of Science and Technology, led by Mr. Mingyu Kang, the first author of the study and a Master's course student in the Department of Mechanical Design and Robot Engineering, and including Dr. Soonjae Pyo, an Associate Professor in the Department of Mechanical System Design Engineering, have proposed a novel 3D AMM-based tactile sensing platform based on a cubic lattice with spherical voids and fabricated using digital Impression 3D basée sur le traitement de la lumière. Leurs résultats révolutionnaires ont été mis à disposition en ligne et publiés dans la revue Matériaux fonctionnels avancés le 6 juillet 2025.
Les chercheurs ont exploré la plate-forme de détection tactile, en utilisant des métamatériaux auxétiques imprimés en 3D dans les modes de détection capacitifs et piézorésistants. Alors que le capteur répond à la pression via l'espacement des électrodes et la modulation de distribution diélectrique dans le premier mode, ce dernier mode exploite un réseau de nanotubes de carbone enduit conformément qui modifie la résistance sous charge.
« Le comportement de rapport de Poisson négatif unique utilisé par notre technologie induit une contraction intérieure sous la compression, concentrant la souche dans la région de détection et améliorant la sensibilité. Au-delà de ce mécanisme fondamental, notre conception axétique renforce davantage les performances du capteur dans trois aspects critiques: une amélioration de la sensibilité grâce à la concentration de contrainte localisée, à la stabilité des performances exceptionnelles lors des sens des structures influentes et à une minimisation des crèches. Contrairement aux structures poreuses conventionnelles, cette conception minimise l'expansion latérale, améliorant la portabilité et réduisant les interférences lorsqu'elles sont intégrées dans des appareils tels que les semelles intelligentes ou les pinces robotiques. De plus, l'utilisation du traitement de la lumière numérique-basé L'impression 3D permet une programmation structurelle précise des performances du capteur, permettant une personnalisation basée sur la géométrie sans modifier le matériau de base, « Remarque M. Kang.
L'équipe a présenté deux scénarios de preuve de concept mettant en évidence la nouveauté de leur travail: un tableau tactile pour la cartographie de la pression spatiale et la classification des objets, ainsi qu'un système de semelle intérieure portable avec une surveillance du modèle de démarche et des capacités de détection de type de pronation.
Selon le Dr Pyo: « La plate-forme de capteur proposée peut être intégrée dans des semelles intelligentes pour la surveillance et l'analyse de pronation de la marche, les mains robotiques pour la manipulation précise des objets et les systèmes de surveillance de la santé portables qui nécessitent une détection confortable sans perturber la vie quotidienne. Il est important de noter que la structure axétique préserve sa sensibilité et sa stabilité même lorsqu'elles sont confinées dans des boîtiers rigides, tels que les couches de la semelle intérieure, où les réseaux poreux conventionnels perdent généralement des performances. Son évolutivité et sa compatibilité avec divers modes de transduction le rendent également adapté aux surfaces de cartographie de pression, aux dispositifs de réadaptation et aux interfaces d'interaction humain-robot qui nécessitent une sensibilité élevée et une robustesse mécanique. «
Au cours de la prochaine décennie, des capteurs tactiles imprimés en 3D structurés aux axétiques pourraient former l'épine dorsale de l'électronique portable de nouvelle génération, permettant une surveillance continue et haute fidélité des métriques de mouvement, de posture et de santé humaines. Leur adaptabilité structurelle et leur indépendance matérielle pourraient conduire à la création de capteurs personnalisés et spécifiques à l'application pour la médecine personnalisée, les prothèses avancées et les systèmes de rétroaction haptique immersive.
À mesure que la fabrication additive devient plus accessible, les interfaces tactiles personnalisées en masse avec les performances programmables peuvent devenir standard dans les produits de consommation, les soins de santé et la robotique.
