Confinement des vibrations pour l'haptique de surface localisé

Confinement of Vibrations for Localized Surface Haptics

• Auteur / Autrice : Ayoub Ben Dhiab
• Direction : Jean-Luc Zarader, Charles Hudin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences mécaniques, acoustiques et haptiques
• Date : Soutenance le 06/04/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris (2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'intégration des systèmes et des technologies (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2001-....)
• Jury : Président / Présidente : Vincent Hayward
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sinan Haliyo, Marc Rébillat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Betty Lemaire-Semail, Xavier Boutillon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Actionneurs

Vibrations

Toucher

Mots clés libres

Confinement

Vibration

Haptique de surface

Localisation

Sens du toucher

Tactile

Lubrification ultrasonique

Stimuli vibrotactile

Vibration Localization

Surface Haptics

Multi-touch

Résumé

Sur une surface tactile, fournir un retour vibrotactile améliore l'interaction. Le faire de manière localisée permet une exploration multi-doigts plus naturelle de ces surfaces. Alors que la propagation des vibrations empêche généralement cette localisation, nous présentons dans cette thèse des solutions techniques pour localiser spatialement les stimuli vibratoires sur des supports continus. En prenant une voie opposée aux approches basées sur du contrôle, nous proposons trois méthodes où chaque actionneur fournit un stimulus confiné dans sa zone d'actionnement. En ajustant la géométrie du milieu de propagation et les conditions aux limites, nous montrons que les guides d'ondes constituent des passe-hauts en fréquence permettant une stimulation vibrotactile localisée sur des plaques minces et étroites. L'extension de la méthode à des surfaces plus larges a été rendue possible grâce à l'utilisation de supports périodiques qui fournissent également des bandes interdites en fréquence. Cherchant une expérience haptique complète, il a été fourni, en plus de la modulation de la force normale, une modulation de la force latérale par la modulation de la friction. Ceci a été réalisé grâce à un phénomène d'interférence apparaissant dans les fréquences ultrasonores, dites non-rayonnantes, impliquées par le couplage mécanique d'un actionneur piézoélectrique sur une plaque. L'extension à une matrice d'actionneur a ensuite été réalisée en créant un réseau d'électrodes triangulaires. En alimentant des ensembles de triangles pour former des actionneurs piézoélectriques hexagonaux, une modulation de friction localisée s'est avérée possible sur un écran OLED.

On a tactile surface, providing vibrotactile feedback improves interaction. Doing so in a localized manner allows for a more natural multi-finger exploration of these surfaces. While the propagation of vibrations generally prevents this localization, in this thesis we present technical solutions to spatially localize vibratory stimuli on continuous surfaces. Taking a route opposite to control-based approaches, we propose three methods where each actuator provides a stimulus confined to its actuation area. By adjusting the geometry of the propagation medium and the boundary conditions, we show that waveguides constitute high-pass filters allowing localized vibrotactile stimulation on thin and narrow plates. The extension of the method to larger surfaces was made possible by the use of periodic supports that also provide frequency band gaps. Seeking a complete haptic experience, in addition to normal force modulation, lateral force modulation was provided by friction modulation. This was achieved through an interference phenomenon occurring in so-called non-radiating ultrasonic frequencies involved by the mechanical bonding of a piezoelectric actuator to a plate. The extension to an actuator array was then achieved by creating a triangular electrode array. By feeding sets of triangles to form hexagonal piezoelectric actuators, localized friction modulation was found to be possible on an OLED display.