Un capteur optique inspiré de la peau lit le braille à la vitesse du toucher

Les chercheurs ont développé une peau optique flexible, rapide et précise, qui peut être utilisée pour lire le braille. Cette avancée pourrait non seulement améliorer l’accès à l’information pour les personnes aveugles, mais également nous rapprocher d’un avenir où une technologie accessible et adaptable pourra profiter à tous.

« Le braille, qui est constitué de minuscules points en relief, nécessite des capteurs très précis pour être lu correctement », a déclaré Zhuo Wang, chef de l’équipe de recherche de l’Université normale de Pékin en Chine. « Les capteurs traditionnels ont du mal à résoudre ce problème, en particulier pour les tâches dynamiques telles que la lecture du braille lorsqu’une personne passe son doigt dessus en temps réel. Notre capteur peut gérer de minuscules détails en braille avec précision et rapidité. »

Dans la revue Optique Expressles chercheurs décrivent le nouveau capteur, qui consiste en un résonateur en anneau à fibre optique intégré dans un matériau PDMS souple qui agit comme une peau optique flexible. Lorsqu’une pression est appliquée, le capteur mesure les changements de fréquence résultants de la lumière et les convertit en données lisibles. Lors de tests, ils ont montré que le système, combiné à des méthodes de traitement de données sur réseau neuronal, pouvait lire rapidement et avec précision les lettres, les chiffres et la ponctuation en braille.

« Cette technologie pourrait conduire à des lecteurs intelligents plus rapides et plus précis, capables de lire le braille et de le convertir en parole ou en texte sans que l’utilisateur ait besoin d’apprendre le braille », a déclaré Heng Wang, membre de l’équipe de recherche de l’université aérospatiale de Shenyang en Chine. « Cela pourrait aider le Braille à se généraliser dans les espaces publics, sur les plateformes numériques et dans l’éducation. L’impact pourrait également s’étendre à d’autres domaines où une détection tactile sensible est nécessaire, depuis les appareils médicaux intelligents jusqu’à la prochaine génération de robots. »

Créer un lecteur braille flexible

Apprendre et lire le braille peut être un défi, ce qui rend les lecteurs de braille automatisés essentiels, en particulier pour les personnes âgées qui perdent la vue plus tard dans la vie. Les capteurs tactiles optiques sont précis, flexibles et résistants aux interférences, mais leur sensibilité de détection tactile et les problèmes de perturbations environnementales limitent leur capacité à reconnaître avec précision les petits points Braille.

Pour créer un capteur tactile sensible et fiable, les chercheurs ont intégré un résonateur en anneau à fibre optique (un dispositif constitué d’une boucle de fibre optique dans laquelle circule la lumière) dans un matériau souple appelé PDMS. Cela offrait une flexibilité similaire à celle de la peau, permettant au capteur de se plier et de ressentir la pression. Lorsqu’un utilisateur appuie le capteur sur des points Braille, la pression plie légèrement la fibre, ce qui modifie la fréquence de résonance du résonateur.

Les chercheurs ont utilisé une technique appelée verrouillage de fréquence Pound-Drever-Hall (PDH) pour convertir les petits changements de fréquence en données lisibles. Cette approche maintient le signal lumineux stable même dans des environnements dynamiques afin que les lectures soient précises, peu importe ce qui se passe autour du capteur.

Ils se sont également appuyés sur l’apprentissage automatique pour améliorer la précision de l’appareil. Ils ont utilisé un réseau neuronal Perceptron multicouche, utilisé pour effectuer des tâches complexes telles que la reconnaissance de formes, afin de faciliter la reconnaissance de modèles Braille spécifiques. Un réseau de mémoire à long terme, conçu pour apprendre et conserver efficacement les dépendances à long terme dans les données séquentielles, a aidé à transformer des séquences de braille en texte ou en mots lisibles.

Lire le braille en temps réel

Les chercheurs ont testé le capteur en lui faisant lire le braille avec différents niveaux de pression et de toucher. Le capteur a identifié huit modèles Braille différents avec une précision de 98,57 %. Il a également reconnu les caractères braille dans des paramètres dynamiques, par exemple lorsque le capteur glisse sur une planche braille, imitant ainsi leur utilisation dans le monde réel. Le capteur pouvait répondre à la pression en moins de 0,1 seconde et lire correctement un mot entier en braille, même avec de légères variations dans chaque caractère.

« Ce système est bien plus précis que les anciennes technologies de lecture braille qui pourraient manquer des points imparfaitement pressés », a déclaré Rui Min de l’Université normale de Pékin, co-auteur de l’article avec Lin Ma de l’Université aérospatiale de Shenyang. « Le résonateur à fibre optique flexible détecte de très petites différences de pression, et le verrouillage de fréquence PDH garantit la stabilité et la précision, même en cas de changements de lumière ou de fluctuations de puissance. L’apprentissage automatique améliore encore le système, lui permettant de reconnaître le braille malgré des erreurs mineures ou des variations de pression.

Les chercheurs travaillent désormais à rendre le capteur encore plus robuste pour une utilisation réelle. Il s’agit de l’optimiser pour différents appareils, de réduire les coûts et d’améliorer sa durabilité. Ils améliorent également l’intégration de modèles d’apprentissage automatique pour gérer des tâches de lecture du braille plus complexes.