Modèle interne de la friction pour la paramétrisation d'un mouvement balistique de frappe pour faire glisser un objet jusqu'à une cible

Internal model of friction for the parameterization of a ballistic strike movement to slide an object toward a target

• Auteur / Autrice : Sylvain Famié
• Direction : Michel-Ange Amorim, Mehdi Ammi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du sport et du mouvement humain
• Date : Soutenance le 07/10/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du sport, de la motricité et du mouvement humain
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences du sport
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sport, Mouvement, Facteurs Humains (2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Complexité, innovation, activités motrices et sportives (Orsay, Essonne ; 2010-....) - Laboratoire d'informatique pour la mécanique et les sciences de l'ingénieur (Orsay, Essonne ; 1972-2020)
• Jury : Président / Présidente : Sylvie Vernazza-Martin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Robin Baurès, Frédéric Danion, Laurence Mouchnino
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Robin Baurès, Frédéric Danion

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biomécanique

Frottement

Perception visuelle

Processus perceptivomoteurs

Toucher

Perception des objets

Analyse du mouvement

Mots clés libres

Modèle interne de la friction

Mouvement balistique de frappe

Contrôle moteur

Biomécanique

Internal friction model

Ballistic striking movement

Motor control

Biomechanics

Résumé

La friction est une force avec laquelle nous devons composer dans la vie de tous les jours, lorsque nous manipulons des objets ou que nous les faisons glisser. Dans la présente thèse, les participants ont effectué un mouvement de frappe (avec l'index) pour faire glisser un objet plastique de forme cubique dans une gouttière jusqu'à une distance cible. Selon les conditions, les facteurs expérimentaux manipulés sont : le matériau de la surface sur laquelle l'objet glisse, l'inclinaison de la surface (-10°, 0°, ou +10°) et la distance cible, pour un nombre d'essais donné.L'analyse de l'erreur spatiale (entre l'objet et la cible) ainsi que la vitesse initiale de l'objet après impact avec le doigt suggèrent qu‘au fil des essais, le mouvement est paramétré pour réduire l'erreur spatiale afin de calibrer un modèle interne du coefficient de friction (µ subjectif) pour une surface donnée. Par la suite, ce µ subjectif peut être généralisé lors d'un changement de condition d'inclinaison et/ou de distance, ou bien faire l'objet d'une recalibration. L'analyse biomécanique montre que dans les conditions les plus simples, les participants adoptent la rotation d'un seul segment (la main) afin de fournir l'énergie cinétique nécessaire pour atteindre la cible. Ce n'est qu'avec l'augmentation des contraintes de la tâche que certains participants décident d'adopter une nouvelle stratégie motrice en ajoutant un degré de liberté (rotation de l'avant-bras), avec un plus grand succès dans les conditions les plus difficiles. Nos résultats montrent également que certains participants préfèrent garder un paramètre spatiotemporel invariant (amplitude ou durée de la frappe) et faire varier l'autre pour contrôler la vitesse à l'impact; tandis que d'autres participants font varier les deux paramètres privilégiant le contrôle de l'accélération avant l'impact.En conclusion, nous apportons la preuve, qu'au travers de la répétition des essais, le cerveau se construit un modèle interne de la friction qui permet de paramétrer le mouvement balistique de frappe afin de réguler la quantité d'énergie cinétique nécessaire à l'impact, pour transmettre à l'objet la vitesse initiale appropriée afin qu'il glisse jusqu'à une distance cible.

Friction is a force we have to deal with in everyday life when we handle objects or slide them. In this thesis, participants performed a striking motion (with the index finger) to slide a cubic shaped plastic object through a gutter toward a target distance. Depending on the conditions, the experimental factors manipulated are the material of the surface on which the object slides, the inclination of the surface (-10°, 0°, or +10°) and the target distance, for a given number of trials.The analysis of the spatial error (between the object and the target) as well as the initial speed of the object after impact with the finger suggests that, over the trials, the movement is parameterized to reduce the spatial error in order to calibrate an internal model of the coefficient of friction (µ subjective) for a given surface. Subsequently, this µ subjective can be generalized when the condition of inclination and/or distance is changed, or can be recalibrated. The biomechanical analysis shows that, in the simplest conditions, participants adopt the same motorstrategy by recruiting rotation of only one segment (the hand) to provide the kinetic energy needed to reach the target. It is only with increasing task constraints that some participants decide to adopt a new motor strategy by adding a degree of freedom (forearm rotation), with greater success in the most difficult conditions. Our results also show that some participants prefer to keep one spatiotemporal parameter invariant (amplitude or duration of the strike) and to vary the other for controlling the speed at impact; while other participants vary both parameters favoring the control of acceleration before impact.In conclusion, we provide evidence that, through the repetition of trials, the brain builds an internal model of friction that allows it to parameterize the ballistic striking movement in order to regulate the amount of kinetic energy required at impact, for transmitting to the object the appropriate initial velocity so that it slides to a target distance.