FR3142637A1

FR3142637A1 - Matériau et système triboélectriques

Info

Publication number: FR3142637A1
Application number: FR2212354A
Authority: FR
Inventors: Pascal Weber
Original assignee: Gammao
Current assignee: Gammao
Priority date: 2022-11-25
Filing date: 2022-11-25
Publication date: 2024-05-31
Also published as: WO2024110736A1

Abstract

Matériau triboélectrique (1) comprenant au moins une électrode triboélectrique (2) adaptée à être connectée à une unité de traitement (4) d’un signal électrique généré par un frottement sur ladite électrode (2), caractérisé en ce que ladite électrode (2) comporte une pluralité de parties triboélectriques saillantes, de sorte qu’un frottement de l’électrode (2) triboélectrique génère un signal électrique présentant une succession d’impulsions, ledit signal étant destiné à être transmis à l’unité de traitement (4) pour génération par celle-ci d’un signal interprétable en un signal sonore et/ou lumineux. Figure pour l’abrégé : Figure 1.

Description

Matériau et système triboélectriques

DOMAINE DE L’INVENTION

La présente invention concerne le domaine de la triboélectricité, plus précisément d’un matériau et d’un système triboélectriques et, plus particulièrement encore, d’un système triboélectrique comprenant un matériau triboélectrique et permettant la conversion d’un signal triboélectrique en un signal interprétable en un signal sonore ou lumineux.

ETAT DE LA TECHNIQUE

On connaît de l’art antérieur différents capteurs permettant d’acquérir des signaux électriques par l’application d’une pression ou d’une vibration au capteur.

Les capteurs piézoélectriques permettent de mesurer des contraintes ou des déformations mécaniques. Lorsqu’ils sont soumis à une pression ou à une vibration, les capteurs piézoélectriques génèrent un signal électrique.

Par ailleurs, des capteurs triboélectriques connus sont par exemple constitués d’un élément triboélectrique positif et d’un élément triboélectrique négatif qui génèrent un courant électrique lorsque les deux éléments sont pressés l’un sur l’autre.

Les signaux électriques obtenus grâce à ces capteurs sont par exemple caractérisés par une amplitude qui est corrélée, par exemple, à la pression appliquée aux capteurs.

L’usage de ces capteurs est donc très limité en ce que très peu d’informations peuvent être extraites du signal électrique généré par ces capteurs.

Ainsi, il n’existe à ce jour aucun système triboélectrique qui permette d’obtenir des signaux pour contrôler précisément des systèmes sonores, tel qu’un synthétiseur, ou encore des systèmes lumineux.

Un but de l’invention est de permettre le contrôle de systèmes sonores ou lumineux à partir d’un signal triboélectrique, i.e un signal électrique généré par triboélectricité.

Selon un premier aspect, il est proposé un matériau triboélectrique comprenant au moins une électrode triboélectrique adaptée à être connectée à une unité de traitement d’un signal électrique généré par un frottement sur ladite électrode, caractérisé en ce que ladite électrode comporte une pluralité de parties triboélectriques saillantes, de sorte qu’un frottement de l’électrode triboélectrique génère un signal électrique présentant une succession d’impulsions, ledit signal étant destiné à être transmis à l’unité de traitement pour génération par celle-ci d’un signal interprétable en un signal sonore et/ou lumineux.

Selon des caractéristiques avantageuses et non limitatives, prises seules ou dans une quelconque combinaison :

l’électrode triboélectrique comporte une couche substrat en un matériau souple ;
la couche substrat est un textile ;
les parties triboélectriques saillantes sont formées par des fils triboélectrique brodés, tissés, gaufrés, tricotés ou calandrés entre eux ;
la hauteur d’une partie triboélectrique saillante selon une direction orthogonale à un plan général de l’électrode est supérieure à 100 µm ;
la distance entre deux parties triboélectriques saillantes consécutives selon une direction longitudinale à un plan général de l’électrode est supérieure à 80 µm ;
l’électrode comprend un tissage plein ou une broderie pleine à motifs allongés se répétant en lignes en étant répartis en quinconce d’une ligne à une autre formant les parties triboélectriques saillantes.

Selon un autre aspect, il est proposé un système triboélectrique comprenant d’une part un matériau qui comprend au moins une électrode triboélectrique et d’autre part une unité de traitement apte à être reliée à ladite électrode et à traiter un signal triboélectrique généré par un frottement sur celle-ci, caractérisé en ce que ladite électrode comporte une pluralité de parties triboélectriques saillantes, de sorte qu’un frottement de l’électrode triboélectrique génère un signal électrique présentant une succession d’impulsions, et en ce que l’unité de traitement est adaptée pour traiter une telle succession d’impulsions afin de générer un signal interprétable en un signal sonore ou lumineux, ladite unité de traitement comportant des moyens pour la transmission dudit signal interprétable à des moyens de synthèse sonores et / ou lumineux.

l’unité de traitement est configurée de telle sorte que le signal interprétable est fonction d’une fréquence et d’une amplitude de la succession d’impulsions du signal reçu par ladite unité de traitement ;
l’unité de traitement est configurée de telle sorte que la durée du signal interprétable est fonction de la succession d’impulsions à une fréquence donnée ;
l’unité de traitement est configurée pour appliquer au moins une opération de traitement au signal triboélectrique parmi les opérations de traitement suivantes : filtrage et redressement.

Selon un autre aspect, il est proposé un procédé de génération d’un signal sonore ou lumineux par des moyens de synthèse sonores et / ou lumineux connectés au système triboélectrique présenté précédemment, le procédé étant mis en œuvre par ledit système, le procédé comprenant des étapes de :
a) frottement de l’électrode triboélectrique,
b) réception, par l’unité de traitement du système triboélectrique, d’un signal triboélectrique généré par le frottement,
c) traitement, par l’unité de traitement du système triboélectrique, du signal triboélectrique pour obtention d’un signal interprétable en un signal sonore ou lumineux,
d) génération, par les moyens de synthèse sonores et / ou lumineux, d’un signal sonore ou lumineux à partir du signal interprétable.

Selon un autre aspect, il est proposé un vêtement ou un jouet comportant au moins une surface en un matériau triboélectrique présenté précédemment.

DESCRIPTION DES FIGURES

D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre d’un mode de réalisation préférentiel. Cette description sera donnée en référence aux figures annexées dont :

- la illustre schématiquement un système triboélectrique ;

- la illustre schématiquement une électrode triboélectrique ;

- la illustre schématiquement un autre système triboélectrique ;

- la illustre schématiquement un premier motif d’une couche triboélectrique d’une électrode triboélectrique ;

- la illustre schématiquement un deuxième motif d’une couche triboélectrique d’une électrode triboélectrique ;

- la est un graphique représentant un signal triboélectrique ;

- la représente les étapes d’un procédé de génération d’un signal sonore ou lumineux par des moyens de synthèse sonores et / ou lumineux et étant connecté au système triboélectrique.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION

La triboélectricité est générée par la mise en contact de deux matériaux de polarités différentes. Lorsque ces deux matériaux sont mis en contact, voir même frottés entre eux, un échange d’électrons a lieu entre ces matériaux et un signal électrique est généré. Par « deux matériaux de polarités différentes », on entend, dans le domaine de la triboélectricité, un matériau dit « positif » et un matériau dit « négatif ». Dans le domaine de la triboélectricité, on parle de matériaux dits « positifs », qui sont susceptibles de recevoir des électrons et de matériaux dits « négatifs » qui sont susceptibles de donner des électrons. Parmi les matériaux positifs, on connaît par exemple le nylon, la laine ou encore la peau de mains sèches humaines. Parmi les matériaux négatifs, on connaît par exemple le polyester, le polychlorure de vinyle (PVC) ou encore le polytétrafluoroéthylène (PTFE ou téflon).

Ainsi, en frottant son doigt contre un matériau négatif, par exemple du téflon, un signal électrique (plus précisément, triboélectrique) est généré car des électrons du téflon sont transférés au doigt.

Matériau

Le matériau triboélectrique qui va être décrit permet d’obtenir un signal triboélectrique qui peut être converti en un signal interprétable en un signal sonore ou lumineux.

En d’autres termes, le matériau triboélectrique est conçu de sorte qu’au moins une valeur de fréquence peut être extraite à partir du signal triboélectrique généré grâce au matériau. Cette valeur de fréquence découle de la vitesse avec laquelle le matériau est frotté. Contrairement à l’état de la technique, le matériau triboélectrique ne permet pas seulement d’obtenir une valeur d’amplitude à partir d’un signal triboélectrique. Le matériau triboélectrique proposé permet de caractériser de manière complète le frottement qu’il subit de sorte à générer un signal interprétable en un signal sonore ou lumineux.

En référence à la , le matériau triboélectrique 1 comprend au moins une électrode triboélectrique 2 est adaptée à être connectée électroniquement à une unité de traitement 4. Par « matériau », on entend un type élément qui entre dans la composition de quelque chose, dans le cas d’espèce, d’un système 100 qui sera décrit ci-après.

Comme illustré en , le matériau 1 peut comprendre une pluralité d’électrodes 2.

L’électrode 2 a de préférence une forme circulaire de diamètre inférieur à 10 cm. L’électrode triboélectrique 2 peut également présenter tout type de forme telle qu’une forme rectangulaire ou triangulaire. L’électrode triboélectrique 2 présente de préférence une épaisseur inférieure à 2 mm.

Couche substrat

Comme illustré en , l’électrode triboélectrique 2 comprend une couche substrat 21, une couche conductrice 22 et une couche triboélectrique 24.

La couche substrat 21 sert de support pour la couche conductrice 22 et la couche triboélectrique 24.

La couche substrat 21 est de préférence faite d’un matériau souple, plus particulièrement d’un textile, comme par exemple tout type de textile composant un vêtement. Ceci n’est pas limitatif et la couche substrat 21 peut également être faite à partir d’autres types de matériaux solides, rigides ou souples, comme du plastique ou encore du bois. La couche substrat 21 peut comprendre différents matériaux.

La couche substrat 21 peut être une partie d’une pièce de textile, par exemple d’un vêtement ou encore d’un jouet. Comme illustré en , la pièce de textile 3 peut comprendre un matériau 1 présentant une pluralité d’électrodes 2, chaque couche substrat 21 des électrodes 2 étant une partie de la pièce de textile 3.

Couche conductrice

La couche conductrice 22 est disposée sur la couche substrat 21, entre la couche substrat 21 et la couche triboélectrique 24. La couche conductrice 22 est à la fois en contact avec la couche substrat 21 et la couche triboélectrique 24.

La couche conductrice 22 est faite d’au moins un matériau conducteur électriquement. Par exemple, la couche conductrice 22 peut comprendre du cuivre, de l’argent et/ou du graphite.

La couche conductrice 22 permet de récupérer puis de faire circuler un signal électrique qui serait issu de la couche triboélectrique 24 suite à un frottement de cette dernière avec un matériau de polarité triboélectrique opposée.

Plus précisément, la couche conductrice 22 est de préférence connectée électriquement, par exemple via des câbles électriques, à l’unité de traitement 4 de sorte que le signal électrique est transféré de la couche conductrice 22 à l’unité de traitement 4.

La couche conductrice 22 présente de préférence une forme circulaire de diamètre inférieur à 10 cm. La couche conductrice 22 peut également présenter par exemple une forme rectangulaire ou triangulaire.

La couche conductrice 22 peut comprendre un ensemble de fils conducteurs, par exemple tissés à la surface de la couche substrat 21. On comprend que, par exemple dans ce cas, la couche conductrice 22 n’est pas forcément un élément présentant une surface conductrice pleine.

La couche conductrice 22 peut également être constituée d’une feuille conductrice d’une épaisseur de préférence inférieure à 1 mm.

La couche conductrice 22 est liée à la couche substrat 21. La couche conductrice 22 est par exemple collée à ou cousue à la couche substrat 21.

Couche triboélectrique

La couche triboélectrique 24 est disposée sur la couche conductrice 22 et au contact de la couche conductrice 22. La couche triboélectrique 24 peut également être en contact de parties de la couche substrat 21, par exemple dans le cas ou la couche conductrice 22 comprend des fils conducteurs laissant des espaces entre eux et laissant donc un espace de contact possible entre la couche triboélectrique 24 et la couche substrat 21.

La couche triboélectrique 24 est conçue pour générer un signal électrique lorsqu’elle est frottée ou simplement touchée. La couche triboélectrique 24 est faite d’un matériau de polarité triboélectrique positive ou négative.

Le matériau constitutif de la couche triboélectrique 24 est fonction de l’usage souhaité. Par exemple, si l’électrode 2 est vouée à être activée, i.e. à générer un signal électrique, par frottement avec le doigt d’une main humaine, la couche triboélectrique 24 comprend un matériau de polarité triboélectrique négative, étant donné que la peau sèche d’une main est de polarité triboélectrique positive. À l’inverse, l’électrode 2 pourrait être vouée à être activée, i.e. à générer un signal électrique, par frottement avec le doigt en portant un gant en téflon et la couche triboélectrique 24 comprend dans ce cas un matériau de polarité triboélectrique positive, étant donné que le téflon est de polarité triboélectrique négative.

L’électrode 2, et donc le matériau triboélectrique 1, est ainsi conçue de manière à permettre la génération d’un signal triboélectrique tout en ne comprenant qu’une unique couche triboélectrique 24, et non pas deux comme cela peut être le cas dans l’art antérieur.

La couche triboélectrique 21 comprend des parties triboélectriques saillantes 212. Plus précisément, la couche triboélectrique 21 présente des parties triboélectriques saillantes 212 et des parties triboélectriques creuses 214. De préférence, la couche triboélectrique 21 présente une alternance de parties triboélectriques saillantes 212 et de parties triboélectriques creuses 214.

Ainsi, la couche triboélectrique 21 ne présente pas une surface lisse. En d’autres termes, la couche triboélectrique 21 présente une surface rugueuse, i.e. comprenant des aspérités.

Les parties triboélectriques saillantes 212 peuvent par exemple être des picots faits d’un matériau triboélectrique.

Selon un mode de réalisation préférentiel, les parties triboélectriques saillantes 212 et les parties triboélectriques creuses 214 sont formées à partir de fils triboélectriques. En effet, préférentiellement, la couche triboélectrique 21 est formée à partir de fils triboélectriques, i.e. faits de matériaux triboélectriques, par broderie, tissage, gaufrage, tricotage ou encore par exemple calandrage. Les fils triboélectriques sont superposés et liés, i.e. brodés, tissés, gaufrés, tricotés et/ou calandrés entre eux, etc. Les fils triboélectriques peuvent être liés selon différents types de motifs. La schématise un possible motif de la couche triboélectrique 24 pouvant par exemple être obtenu par tissage. Les parties triboélectriques saillantes 212 sont par exemple situées au niveau de la superposition entre deux fils, i.e. un fil noir et un fil gris dans la . Les parties triboélectriques creuses 214 sont par exemple situées entre deux zones de superposition de fils.

La schématise un motif pouvant être obtenu par broderie ou tissage. Selon ce mode de réalisation préférentiel, la couche triboélectrique 24 comprend un tissage plein ou une broderie pleine. Par « plein », il est entendu que le tissage ou la broderie est non-ajourée. Selon ce mode de réalisation préférentiel également, le tissage ou la broderie présente des motifs allongés se répétant en lignes en étant répartis en quinconce d’une ligne à une autre de sorte à former les parties saillantes triboélectriques 212. Les motifs allongés sont ainsi disposés selon une configuration ressemblant à celles de briques dans un mur de briques. Les parties triboélectriques creuses 214 sont situées entre deux parties triboélectriques saillantes 212. Les parties triboélectriques creuses 214 correspondent, dans le vocabulaire de la broderie, aux points de liages. Les parties triboélectriques saillantes 212 correspondent, dans le vocabulaire de la broderie, aux flottés du motif de broderie.

Les fils triboélectriques présentent typiquement une épaisseur comprise entre 5 µm et 100 µm. De préférence, les fils triboélectriques présentent une épaisseur supérieure à 80 µm.

Ainsi, les parties triboélectriques saillantes 212 présentent de préférence une hauteur supérieure à 100 µm. En d’autres termes, comme illustré en , les parties triboélectriques saillantes 212 présentent de préférence une hauteur d supérieure à 100 µm selon une direction O orthogonale à un plan général de l’électrode 2. Par « plan général », on entend un plan selon lequel l’électrode 2 s’étend. Typiquement, les différentes couches de l’électrode 2 s’étendent selon des plans parallèles au plan général. Ainsi, comme par exemple illustré en , la direction O orthogonale au plan général est orthogonale à la surface interne 213 de la couche substrat 21.

En d’autres termes également, on entend par « hauteur », comme illustré en , que la distance d entre un point distal 2121 d’une partie triboélectrique saillante 212 et un point 2141 d’une partie triboélectrique creuse 214, dans la direction O orthogonale à la surface interne 213 de la couche substrat 21, est supérieure à 100 µm. Par « point distal », on entend par exemple un point d’une partie triboélectrique saillante 212 qui soit le plus éloigné d’une surface interne 213 de la couche substrat 21 dans une direction orthogonale O à la surface interne 213 de la couche substrat 21.

De préférence également, la distance entre deux parties triboélectriques saillantes 212 consécutives, i.e. la largeur de la partie triboélectrique creuse 214 qui sépare lesdites deux parties triboélectriques saillantes 212 consécutives, est supérieure à 80 µm. En d'autres termes, comme illustré en , la distance dL, dite distance longitudinale, entre deux parties triboélectriques saillantes 212 consécutives selon une direction longitudinale L à l’électrode 2 est supérieure à 80 µm. Par « direction longitudinale », on entend une direction longitudinale à un plan général de l’électrode 2, qui est donc également, par exemple, une direction longitudinale à la surface interne 213 de la couche substrat 21.

Par conséquent, la couche triboélectrique 24 est conçue de sorte que lorsqu’on la touche avec le doigt, on ressente au toucher les parties triboélectriques saillantes 212.

Ainsi, lorsque la couche triboélectrique 24, et donc les parties triboélectriques saillantes 212, est frottée par un matériau de polarité triboélectrique opposée, le signal triboélectrique généré présente une succession d’impulsions IM. En d’autres termes, le signal triboélectrique généré présente des extremums locaux IM, i.e. des pics, comme illustré en . La est une représentation du signal triboélectrique, l’axe des ordonnées correspondant à une tension en volts et l’axe des abscisses correspondant au temps en secondes. Chaque impulsion correspond au frottement d’une partie triboélectrique saillante 212.

Lorsque la couche triboélectrique 24 est frottée avec le doigt, par exemple, le doigt frotte une pluralité de partie triboélectriques saillantes 212 ce qui génère un signal triboélectrique qui présente des impulsions.

Système

Comme évoqué précédemment, le matériau triboélectrique 1 est adapté pour être connecté électroniquement à une unité de traitement 4.

En référence à la , il est proposé un système triboélectrique 100 comprenant un matériau triboélectrique 1 et une unité de traitement 4. L’unité de traitement 4 correspond à toute machine électronique adaptée pour recevoir et traiter les signaux triboélectriques issus des électrodes 2 du matériau 1.

L’unité de traitement 4 est configurée pour recevoir le signal triboélectrique généré à partir d’un frottement d’une électrode 2, plus précisément de la couche triboélectrique 24 d’une électrode 2. L’unité de traitement 4 est en outre configurée pour traiter le signal triboélectrique pour l’obtention d’un signal interprétable en un signal sonore ou lumineux. En effet, comme le signal triboélectrique obtenu présente une pluralité d’impulsions, une valeur de fréquence, i.e. la fréquence des impulsions, peut être obtenue à partir du signal triboélectrique.

En d’autres termes, à partir du signal triboélectrique, l’unité de traitement 4 est configurée pour extraire une valeur de fréquence correspondant à la fréquence des impulsions dans le signal triboélectrique.

On comprend que cette valeur de fréquence dépend de la vitesse avec laquelle l’électrode 2 est frottée. En effet, plus l’électrode est frottée rapidement, plus le nombre de parties triboélectriques saillantes 212 frottées par unité de temps sera élevé et donc plus le nombre d’impulsions dans le signal électrique par unité de temps (i.e. la fréquence d’impulsions) sera élevé.

L’unité de traitement 4 peut par exemple être configurée pour extraire cette valeur de fréquence à partir d’un nombre défini d’impulsions successives du signal triboélectrique, par exemple pour dix impulsions successives.

De préférence, l’unité de traitement 4 n’est pas limitée à l’extraction d’une valeur de fréquence à partir du signal triboélectrique. L’unité de traitement 4 est préférentiellement configurée pour extraire d’autres données comme une amplitude moyenne des impulsions et une durée du signal triboélectrique.

Selon un mode de réalisation préférentiel, l’unité de traitement 4 est configurée pour appliquer différentes opérations de traitement au le signal triboélectrique par exemple pour filtrer les bruits fonds parasites (par exemple par des filtres analogiques type filtre Notch) et/ou pour redresser le signal. L’unité de traitement 4 peut être configurée pour traiter le signal triboélectrique en analogique ou numérique.

En outre, l’unité de traitement 4 est configurée pour générer un signal interprétable en un signal sonore ou lumineux à partir des données extraites du signal triboélectrique à savoir, de préférence, une fréquence et, encore de préférence, une amplitude et/ou une durée.

Plus précisément, à titre d’exemple, la fréquence peut être utilisée pour moduler la fréquence d’une note (que l’on nommera par la suite « fréquence musicale » et qui ne doit pas être confondue avec la fréquence que l’on calcule à partir du signal triboélectrique) émise par des moyens de synthèse sonores et / ou lumineux connectés au système triboélectrique 100.

Il convient en effet de noter que, préférentiellement, l’unité de traitement 4 du système triboélectrique 100 comporte des moyens pour la transmission d’un signal interprétable à des moyens de synthèse sonores et / ou lumineux. Les moyens pour la transmission peuvent consister en des câbles électriques connectant électroniquement l’unité de traitement 4 aux moyens de synthèse sonores et / ou lumineux. Les moyens pour la transmission peuvent également consister en un module de connexion sans-fil, par exemple du Bluetooth, qui permet de connecter de manière non filaire l’unité de traitement 4 et des moyens de synthèse sonores et / ou lumineux.

Les moyens de synthèse sonores et / ou lumineux permettent la génération de son ou de lumière et sont adaptés pour interpréter le signal interprétable généré par l’unité de traitement 4 en un signal sonore ou lumineux. Les moyens de synthèse sonores et / ou lumineux sont par exemple un synthétiseur ou un spot lumineux. Les moyens de synthèse peuvent également être un ordinateur comprenant un logiciel adapté pour interpréter le signal interprétable en un signal sonore ou lumineux.

Selon un mode de réalisation, l’unité de traitement 4 peut être configurée de sorte qu’une note musicale soit affectée à l’électrode 2, par exemple un LA à 440 Hz. En d’autres termes, pour cette électrode 2, l’unité de traitement 4 est configurée pour générer, à partir d’un signal triboélectrique correspondant à un toucher simple, et non pas un frottement, un signal interprétable en un signal sonore qui est un LA 440 Hz. En d’autres termes, l’unité de traitement 4 est configurée pour, lorsqu’une simple pression statique (pas de mouvement) est effectuée sur l’électrode 2, générer un signal interprétable en un signal sonore qui est un LA 440 Hz de sorte que des moyens de synthèse sonores connectés au système triboélectrique 100 émette un LA 440 Hz.

En outre, l’unité de traitement 4 est de préférence configurée pour qu’une vitesse de frottement, dite vitesse seuil, soit également affectée à ce LA 440 Hz. En d’autres termes, l’unité de traitement 4 est également configurée pour générer un signal interprétable en un signal sonore qui est un LA 440 Hz lorsque la vitesse de frottement calculée est égale à une valeur de vitesse seuil, par exemple 3 cm/s. L’unité de traitement 4 est configurée pour calculer la vitesse de frottement à partir de la valeur de fréquence extraite du signal triboélectrique et de la distance longitudinale dL entre deux parties triboélectriques saillantes 212, par exemple en appliquant la formule suivante :

L’unité de traitement 4 peut en outre être configurée pour moduler la fréquence musicale en fonction d’une variation de la vitesse de frottement et donc d’une variation de la fréquence du signal triboélectrique. Lorsque l’électrode 2 est frottée, une fréquence du signal triboélectrique peut être extraite par l’unité de traitement 4. De préférence, l’unité de traitement 4 est configurée pour, lorsque la vitesse de frottement est inférieure à la valeur de vitesse seuil, générer un signal interprétable en un signal sonore d’une fréquence musicale inférieure à la fréquence musicale de la note affectée à l’électrode 2. Pour faire suite à l’exemple présenté concernant l’électrode 2 à laquelle est affecté un LA 440 Hz, si la vitesse de frottement est inférieure à la valeur de vitesse seuil, l’unité de traitement 4 peut être configurée pour générer un signal interprétable en un signal sonore d’une fréquence musicale de 430 Hz.

Respectivement, de préférence, l’unité de traitement 4 est configurée pour, lorsque la vitesse de frottement est supérieure à la valeur de vitesse seuil, générer un signal interprétable en un signal sonore d’une fréquence musicale supérieure à la fréquence musicale de la note affectée à l’électrode 2. Pour faire suite à l’exemple présenté concernant l’électrode 2 à laquelle est affecté un LA 440 Hz, si la vitesse de frottement est inférieure à la valeur de vitesse seuil, l’unité de traitement 4 peut être configurée pour générer un signal interprétable en un signal sonore d’une fréquence musicale de 450 Hz.

Selon un autre mode de réalisation, l’unité de traitement 4 est configurée pour moduler la fréquence de manière continue. Ce mode de réalisation permet de faire varier la fréquence musicale de manière continue et précise, par exemple à 10 Hz près. Plus précisément, l’unité de traitement 4 est configurée pour calculer la fréquence musicale en fonction d’une fréquence de référence, de la vitesse de frottement et de la vitesse seuil. La fréquence de référence correspond dans ce cas d’espèce à la fréquence de la note musicale affectée à l’électrode 2, i.e. 440 Hz, et la vitesse seuil correspond à la vitesse de frottement associée à la note musicale affectée à l’électrode 2. L’unité de traitement 4 est de préférence configurée pour calculer la fréquence musicale à partir de la formule suivante :

.

On comprend donc que l’utilisateur peut, en faisant varier la vitesse avec laquelle il frotte l’électrode 2, faire varier la fréquence du signal triboélectrique reçu par l’unité de traitement 4 et ainsi faire varier le signal interprétable généré par l’unité de traitement 4 de sorte que la fréquence musicale du signal sonore issu du signal interprétable varie. En conséquence, l’utilisateur peut, en frottant plus ou moins rapidement l’électrode 2, moduler la fréquence musicale d’une note émise par des moyens de synthèse sonores, ce qui est l’équivalent d’effectuer un vibrato sur un instrument à corde.

On comprend que les modes de réalisation présentés ci-dessus peuvent être appliqués pour générer des types de signaux autres que des signaux sonores, par exemple, pour générer un signal lumineux. Dans ce cas, l’unité de traitement 4 peut être configurée de sorte qu’une couleur soit affectée à l’électrode 2, par exemple un vert à 600 THz. Pour cette électrode 2, l’unité de traitement 4 est ainsi configurée pour générer, à partir d’un signal triboélectrique, un signal interprétable en un signal lumineux qui est un vert 600 THz. L’unité de traitement 4 peut ainsi être configurée pour moduler la fréquence lumineuse en fonction d’une variation de la vitesse de frottement et donc d’une variation de la fréquence du signal triboélectrique.

Comme expliqué, l’unité de traitement 4 peut être configurée pour générer un signal interprétable qui contiennent d’autres informations qu’une fréquence, à savoir par exemple une amplitude ou une durée.

Par exemple, l’unité de traitement 4 peut être configurée pour générer un signal interprétable en un signal sonore dont le volume sonore dépend de l’amplitude moyenne des impulsions du signal triboélectrique.

Aussi, de préférence, l’unité de traitement 4 est configurée de telle sorte que la durée du signal interprétable est fonction d’une succession d’impulsions à une fréquence donnée, plus précisément de la durée de la succession d’impulsions, i.e. la durée du signal triboélectrique. Par exemple, l’unité de traitement 4 peut être configurée pour générer un signal interprétable uniquement si la durée de la succession d’impulsions est supérieure à une durée seuil.

De préférence, l’unité de traitement 4 est configurée pour générer un signal interprétable selon l’un parmi les protocoles suivants : le protocole Midi, le protocole DMX, le protocole Midi Show Control (MSC), le protocole Midi Tuning Standard (MTS) le protocole General Midi ou tout autre protocole équivalent.

De préférence, l’unité de traitement 4 est configurée pour être connectée électriquement à un matériau 1 comprenant une pluralité d’électrodes 2. Ainsi, comme illustré en , un clavier d’électrodes 2 peut être formé, une note ou une fréquence lumineuse différente étant affectée à chaque électrode 2.

Procédé

En référence à la , il est également proposé un procédé de génération d’un signal sonore ou lumineux par des moyens de synthèse sonores et / ou lumineux permettant la génération de son ou de lumière et étant connectés au système triboélectrique 100.

Le procédé comprend une étape a) de frottement d’une électrode triboélectrique 2 du matériau 1. Le frottement est par exemple mis en œuvre par un utilisateur à l’aide de son doigt.

Puis, le procédé comprend une étape b) de réception par l’unité de traitement 4 du signal triboélectrique généré par le frottement.

Dans une étape c) de traitement, l’unité de traitement 4 traite le signal triboélectrique pour obtention d’un signal interprétable en un signal sonore ou lumineux. Ce traitement peut comprendre l’application de diverses opérations de traitement du signal tel qu’un filtrage ou un redressement.

Le signal interprétable est transmis aux moyens de synthèse sonores et / ou lumineux et, dans une étape d) les moyens de synthèse sonores et / ou lumineux génèrent un signal sonore ou lumineux à partir du signal interprétable.

Vêtement ou jouet

Il est également proposé un vêtement ou un jouet, telle qu’une peluche, qui comporte au moins une surface en un matériau 1 tel que décrit précédemment. Dans le cas d’un vêtement, l’utilisateur peut simplement contrôler des moyens de synthèse sonores ou lumineux en frottant une électrode 2 de son vêtement ce qui est pratique en comparaison à l’utilisation, par exemple, d’un clavier d’un synthétiseur que l’utilisateur ne peut pas aussi facilement déplacer avec lui que son vêtement. Dans le cas d’un jouet, un utilisateur peut provoquer la génération de sons ou de lumières en frottant une électrode 2 sur le jouet ce qui rend le jouet très interactif.

L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux figures annexées. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des diverses caractéristiques techniques ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant de l’enseignement général.

Claims

Matériau triboélectrique (1) comprenant au moins une électrode triboélectrique (2) adaptée à être connectée à une unité de traitement (4) d’un signal électrique généré par un frottement sur ladite électrode (2), caractérisé en ce que ladite électrode (2) comporte une pluralité de parties triboélectriques saillantes (212), de sorte qu’un frottement de l’électrode (2) triboélectrique génère un signal électrique présentant une succession d’impulsions (IM), ledit signal étant destiné à être transmis à l’unité de traitement (4) pour génération par celle-ci d’un signal interprétable en un signal sonore et/ou lumineux.
Matériau (1) selon la revendication 1, dans lequel l’électrode (2) triboélectrique comporte une couche substrat (21) en un matériau (1) souple.
Matériau (1) selon la revendication 2, dans lequel la couche substrat (21) est un textile.
Matériau (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les parties triboélectriques saillantes (212) sont formées par des fils triboélectrique brodés, tissés, gaufrés, tricotés ou calandrés entre eux.
Matériau (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la hauteur d’une partie triboélectrique saillante (212) selon une direction orthogonale (O) à un plan général de l’électrode (2) est supérieure à 100 µm.
Matériau (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la distance (dL) entre deux parties triboélectriques saillantes (212) consécutives selon une direction longitudinale (L) à un plan général de l’électrode (2) est supérieure à 80 µm.
Matériau (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’électrode (2) comprend un tissage plein ou une broderie pleine à motifs allongés se répétant en lignes en étant répartis en quinconce d’une ligne à une autre formant les parties triboélectriques saillantes (212).
Système triboélectrique (100) comprenant d’une part un matériau (1) qui comprend au moins une électrode triboélectrique (2) et d’autre part une unité de traitement (4) apte à être reliée à ladite électrode (2) et à traiter un signal triboélectrique généré par un frottement sur celle-ci, caractérisé en ce que ladite électrode (2) comporte une pluralité de parties triboélectriques saillantes (212), de sorte qu’un frottement de l’électrode (2) triboélectrique génère un signal électrique présentant une succession d’impulsions (IM), et en ce que l’unité de traitement (4) est adaptée pour traiter une telle succession d’impulsions (IM) afin de générer un signal interprétable en un signal sonore ou lumineux, ladite unité de traitement (4) comportant des moyens pour la transmission dudit signal interprétable à des moyens de synthèse sonores et / ou lumineux.
Système selon la revendication 8, dans lequel l’unité de traitement (4) est configurée de telle sorte que le signal interprétable est fonction d’une fréquence et d’une amplitude de la succession d’impulsions (IM) du signal reçu par ladite unité de traitement (4).
Système selon l’une quelconque des revendications 8 et 9, dans lequel l’unité de traitement (4) est configurée de telle sorte que la durée du signal interprétable est fonction de la succession d’impulsions (IM) à une fréquence donnée.
Système selon l’une quelconque des revendications 8 à 10, dans lequel l’unité de traitement (4) est configurée pour appliquer au moins une opération de traitement au signal triboélectrique parmi les opérations de traitement suivantes : filtrage et redressement.
Procédé de génération d’un signal sonore ou lumineux par des moyens de synthèse sonores et / ou lumineux connectés au système triboélectrique (100) selon l’une quelconque des revendications 8 à 11, le procédé étant mis en œuvre par ledit système, le procédé comprenant des étapes de :
a) frottement de l’électrode triboélectrique (2),
b) réception, par l’unité de traitement (4) du système triboélectrique (100), d’un signal triboélectrique généré par le frottement,
c) traitement, par l’unité de traitement (4) du système triboélectrique (100), du signal triboélectrique pour obtention d’un signal interprétable en un signal sonore ou lumineux,
d) génération, par les moyens de synthèse sonores et / ou lumineux, d’un signal sonore ou lumineux à partir du signal interprétable.
Vêtement ou jouet comportant au moins une surface en un matériau (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.