Étude sur la communication kinesthésique lors d'interactions Humain-Humain et Humain-Robot

Study of kinesthetic communication during Human-Human and Human-Robot interaction

• Auteur / Autrice : Ousmane Ndiaye
• Direction : Ludovic Saint-Bauzel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique et robotique
• Date : Soutenance le 14/01/2026
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris (2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des systèmes intelligents et de robotique (Paris ; 2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Ghilès Mostafaoui
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guillaume Morel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Céline Coutrix, Gérard Poisson
• DOI : 10.70675/81b0cd66z7546z4b6dzb23bzea1033ce3c9d

Mots clés

Mots clés contrôlés

Méthodes de simulation

Toucher

Interaction homme-robot

Interaction humain-machine

Mots clés libres

Interaction humain-machine

Analyses statistiques

Robotique

Human-Machine interaction

Statistical analysis

Robotics

Résumé

De nombreuses tâches physiques requièrent la collaboration de plusieurs individus. Dans divers contextes de la vie quotidienne il a été observé que lors de tâches de co-manipulation les échanges sensori-moteurs suffisent à assurer la coordination entre les acteurs, suggérant une transmission de messages à travers ces échanges physiques. Cependant, les mécanismes précis de transmission et d'interprétation de ces messages demeurent mal compris. Leur étude nécessite le recours à des métriques adaptées et à des dispositifs mécatroniques spécifiques permettant la modélisation numérique de l'interaction. Ce travail aborde l'analyse de ces mécanismes sous plusieurs angles. Nous présentons la conception du SEMAPHORO-2D, un dispositif haptique à deux degrés de liberté actionnés, capable de reproduire des scénarios d'interaction Humain-Humain et Humain-Robot. Sa structure mécatronique, inspirée de l'anatomie du poignet, permet au bien la mesure des efforts échangés et l'établissement d'un lien de téléopération bilatéral rigide entre partenaires, que l'interaction avec des agents virtuels simulés. Nous présentons également les étapes de développent d'un modèle d'agent virtuel fondé sur des principes du contrôle moteur humain. Nos premiers résultats indiquent que ce modèle parvient à dissimuler sa nature artificielle lors d'un test de Turing, traduisant sa capacité à générer une interaction kinesthésique réaliste avec des agents humains. Enfin, nous étudions la fiabilité du sens d'agentivité comme métrique dans l'étude de la communication kinesthésique, celui-ci étant défini comme la perception qu'a un individu d'être à l'origine de ses propres actions et de leurs conséquences sur l'environnement. Les résultats de quatre campagnes expérimentales confirment la pertinence de cette métrique et mettent en évidence le rôle clé des forces d'interaction dans la perception des échanges. Nous montrons notamment que lorsqu'un agent virtuel applique un effort léger et constant sur son partenaire, sa capacité à produire un comportement réaliste s'en trouve augmenté.

Many physical tasks require the coordinated action of multiple individuals. Across various everyday contexts, it has been observed that during co-manipulation tasks, sensory-motor exchanges alone are sufficient to ensure coordination between partners, suggesting the transmission of information through these physical interactions. However, the precise mechanisms underlying the transmission and interpretation of such information remain poorly understood. Their investigation requires appropriate metrics and dedicated mechatronic systems capable of enabling numerical modelling of the interaction. This work examines these mechanisms from several complementary perspectives. We present the design of SEMAPHORO-2D, a two-degree-of-freedom actuated haptic interface capable of reproducing both Human-Human and Human-Robot interaction scenarios. Its mechatronic architecture, inspired by the anatomy of the wrist, enables accurate measurement of exchanged forces and the establishment of a rigid bilateral teleoperation link between partners, as well as interaction with simulated virtual agents. We further describe the development of a virtual agent model grounded in principles of human motor control. Preliminary results indicate that this model is able to conceal its artificial nature during a Turing-style assessment, demonstrating its capacity to generate human-like kinesthetic interaction. Finally, we investigate the reliability of the sense of agency as a metric for analyzing kinesthetic communication. Defined as the perception of being the originator of one's own actions and their consequences, this construct proved robust across four experimental campaigns. The findings highlight the central role of interaction forces in shaping perceptual judgments. In particular, we show that when a virtual agent applies a light, constant force to its partner, its ability to exhibit realistic behavior is enhanced.