Intégration du retour tactile sur des objets mobiles communicants : analyses et spécifications

Tactile feedback integration on mobile communicating devices : analysis and specification

• Auteur / Autrice : Thomas Sednaoui
• Direction : Betty Lemaire-Semail, Fabrice Casset
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 14/12/2016
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille ; 1992-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électrotechnique et d'électronique de puissance (L2EP)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lamb, Ondes de

Transducteurs piézoélectriques

Stimulation sensorielle

Frottement

Simulation, Méthodes de

Toucher

Écrans tactiles

Mots clés libres

Retour haptique

Lubrification ultrasonique

Résumé

L’usage des écrans tactiles est devenu omniprésent ces dernières années. Ces appareils prennent une place de plus en plus importante dans notre de vie de tous les jours, on les retrouve dans nos maisons, bureaux et même dans nos poches. L’abondance de ces nouvelles interfaces a soulevé l’intérêt pour les technologies permettant une stimulation tactile, et mis en perspective le manque de ce type d’interfaces dans les nouvelles générations d’appareils mobiles avec écrans tactiles. Aujourd’hui, les appareils possédant ce type d’écran se contentent de fournir un retour sensoriel sous la forme de simples vibrations, qui n’ont pas pour objectif de recréer les sensations du toucher de surfaces. La recherche de nouvelles interfaces tactiles, plus performantes, et assurant une restitution plus proche d’une sensation naturelle est donc en cours. Plusieurs solutions technologiques ont prouvé leur efficacité mais posent des problèmes d’industrialisation. Dans cette thèse, une de ces méthodes adaptées aux écrans tactiles, la lubrification ultrasonique, est présentée. Cette méthode de stimulation s’appuie sur la création d’une onde stationnaire ultrasonore au sein d’un résonateur en verre et est capable de faire varier en temps réel la sensation de frottement entre le doigt de l’utilisateur et la surface du résonateur. Grace à des mesures tribologiques, les paramètres influents tels l’amplitude vibratoire, la vitesse d’exploration du doigt, la fréquence de résonance du stimulateur sont mis en évidence. Cette analyse permet la proposition d’une première série de spécifications techniques pour la conception de dispositifs à retour tactile. L’étude est ensuite complétée par l’analyse des problèmes d’alimentation et de contrôle du système, avec en considération les questions d’intégration au sein de dispositifs portables et les problèmes d’industrialisation du processus de fabrication. Enfin, des études psychophysiques sont menées pour affiner du point de vue perceptuel le cahier des charges de conception d’un tel dispositif.

The last few years have seen the emergence of ubiquitous mobile devices and tactile interfaces. These devices take an ever-important place in our daily life, they are present in our home, office, cars and even pockets. The abundance of these novel interfaces raised the interest in touch based human-machine interactions and highlighted the problem of the lack of natural touch feedback in the existing generation of tactile displays. Today’s smartphones all possess basic haptic feedback thanks to low frequency vibrations. However, these vibrations are far from the natural touch sensation of a surface. The search for a better tactile feedback, closer to the natural human perception, is ongoing. Multiple solutions are being explored to deliver improved haptic feedback on existing mobile platforms such as smartphones or tablets. In this thesis, we investigate the tactile feedback thanks to ultrasonic lubrication, well adapted to touch screen. This technology uses the creation of a resonating standing wave in a substrate to modulate in real time the friction perceived by user moving his finger on the resonator surface; the principle is effective even on a flat glass surface. By a series of experimental friction measures, the influence of the relevant parameters such as the vibration amplitude, the exploratory speed, the resonance frequency is highlighted. This analysis is used to build advanced tactile interfaces, based on ultrasonic friction modulation. The control and the supply of the tactile interfaces are also investigated, considering the issues of integration and industrialization of the process. Finally, these new interfaces are used to explore advanced control methods, improving further the quality and reliability of the generated sensation. Psychophysical analysis is performed to fulfil the specifications of these devices on a perceptual point of view.