Contribution à la technologie d'actionnement pour le rendu tactile

Improvements on thermal and tactile rendering technologies by using electroactive polymers.

• Auteur / Autrice : Johann Citérin
• Direction : Abderrahmane Kheddar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Robotique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Evry-Val d'Essonne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de chaleur

Conducteurs organiques

Robotique

Résumé

Les travaux ont été consacrés à la recherche de solutions pour résoudre certains des problèmes récurrents posés par le rendu tactile et thermique en réalité virtuelle. En ce qui concerne le rendu thermique, un prototype a été conçu à base de modules à effet Peltier, dans lequel l'accent a surtout été mis sur la prédiction des flux thermiques nécessaires à un rendu plausible permettant la restitution des sensations perçues lors du toucher d'objets, et pour lequel un modèle semi-analytique, mélangeant calculs par différences finies et modélisations analytiques a été conçu pour plus de précision et de rapidité de calcul. En ce qui concerne le rendu tactile, de nouveaux actionneurs, plus légers, compacts, et souples, ont été conçus pour la fabrication de matrices de rendu, utilisant la technologie des muscles artificiels à base de réseaux interpénétrés de polymères conducteurs. Les principales innovations ont porté sur la mise au point de nouvelles techniques de fabrication beaucoup plus rapides, à base de micro-ondes, permettant l'utilisation de masques et la conception d'actionneurs à déformation linéaire ayant des forces accrues, pour lesquels des techniques de modélisation ont été mises au point; d'autres améliorations ont également permis une augmentation de la bande passante, une miniaturisation accrue, une augmentation de la conductivité, ainsi qu'une meilleure intégration en permettant, grâce à un câblage chimique lors de la fabrication, de se passer de pinces d'encastrement des actionneurs.

The work aims at investigating innovative solutions for tactile display technologies, rendering both thermal and tactile sensations. Main achievements consist in devising thermal touch rendering prototype, based on TEM modules controlled by an accurate finite-difference simulation, and improving new actuators based on electroactive polymers, in order to make them suitable for tactile rendering. For thermal rendering, efficiency depends mainly on the accuracy of the thermal flows that must be reproduced. An accurate semi-analytical model of thermal flow between finger and materials was done, mixing both analytical and numerical simulation, to solve the problem of discontinuity of initial contact temperatures. It was validated and implemented in a multimodal rendering device in a virtual reality environment. For tactile rendering, efficiency depends mainly on the actuators, that must be small, soft. Polymer actuators based on new Interpenetrated Networks of Conductive Polymers were used. Several major improvements of former existing systems were needed Fabrication improvements: Ultra-fast polymerization with microwaves enabled a better reproducibility and a reliable fabrication process; it allowed also using of special masks to build various shaped integrated actuators. Design improvements: New actuator shapes, mixing rigid conductive electroactive parts and soft inert parts, were designed, leading to more efficient linear rather than bending deformations. A mechanical simulation tool enabled optimization. Other improvements include chemical interconnecting of the actuators in an all-in-one matrix, and increasing of the actuator speed and miniaturization.