Дисертації з теми "Dispositif haptique"

Le rayonnement synchrotron et la microscopie à sondes locales (SPM) sont deux des techniques les plus utilisées pour étudier les propriétés physiques et chimiques de nanostructures. Le couplage de ces deux techniques est prometteur pour les nanosciences en leur ouvrant de nouveaux horizons. D'un point de vue expérimental ce couplage est un défi exaltant et a déjà prouvé ses capacités par la combinaison de la Microscopie à Force Atomique (AFM) et de la diffraction de Rayons-X pendant le projet X-tip, qui, grâce au développement d'un microcope à force atomique embarqué sur une lugne de lumière synchrotron a permis l'étude du module de Young de microplots de germanium en procédant simulatanément à son indentation et à son analyse par diffraction. Cependant, cette configuration ne permet pas de manipuler en trois dimensions (3D). Le but ultime, pour notre nano-manipulateur est de manipuler en 3D avec un contrôle permanent des nano-forces exercées sur l'objet sous un faisceau d'analyse (rayon X, LASER). Le premier chapitre s'attarde donc sur les senseurs qui devront rendre compte des interactions à l'échelle nanométrique et permettre la saisie d'un objet individuel. Après un tour d'horizon de différentes techniques de micro/nanomanipulation disponibles à ce jour (micro-préhenseurs mécaniques basés sur la technologie MEMS, pinces optiques, préhenseurs basés sur la microscopie à force atomique conventionnelle) et devant les contraintes qu'implique le couplage d'un tel système avec les expériences synchrotron, le choix des oscillateurs à quartz (Diapason et LER) en tant que senseurs est expliqué. La microscopie à force atomique en générale et le fonctionnement particulier de ces oscillateurs sont décrits. Dans le second chapitre le développement instrumental de notre station de nanomanipulation est détaillé et notamment : Comment mettre en place ce type de résonateurs et la pointe associée pour réaliser à la fois l'imagerie AFM de l'échantillon et la préhension de l'objet? Comment contrôler le positionnement grossier et fin des trois éléments d'une nanomanipulation? Enfin le système haptique ERGOS et son couplage avec notre montage est décrit. Dans le dernier chapitre, deux types d'expériences sont présentés : le premier ne fait intervenir que notre montage piloté classiquement par ordinateur et montre ses capacités à réaliser la préhension d'objets micrométriques de manière contrôlée. Le second fait intervenir le couplage entre notre montage et le système haptique pour réaliser l'exploration rapide d'un échantillon ainsi que la localisation et la reconnaissance de forme d'objet sub-micronique. Ces expériences rendent compte des capacités de ce couplage à transmettre directement à un utilisateur les interactions à l'échelle nanométrique ainsi que la possibilité par l'intermédiaire de cette interface de réaliser des tâches complexes : manipulation sur une surface, reconnaissance de forme, et suivi de contour.

L'objectif principal de cette thèse est de développer une nouvelle interface pour la simulation des procédures de chirurgie mini-invasive. L'interface développée introduit les modalités visuelle, haptique et thermique pour les futures générations de simulateurs et de robots chirurgicaux. La particularité de cette recherche réside dans l'utilisation de la stimulation thermique dans une perspective d'application pour la chirurgie. Dans ce cadre, plusieurs modèles de transfert de chaleur ont été développés, implémentés et évalués pour des applications de téléprésence et de réalité virtuelle. Des sensations intéressantes ont été enregistrées, ce qui a une conséquence directe sur la capacité de distinguer entre des objets dans l'environnement et particulièrement dans le domaine médical où la sensation thermique est en corrélation avec la présence d'anomalies dans certaines maladies. Un nouveau dispositif haptique est conçu et réalisé en analysant les tâches chirurgicales en termes de dextérité, d'espace de travail, de force et de couple exigés. Nous avons tenu compte des exigences générales de conception mécaniques des interfaces haptiques à partir de ce qui a été établi dans la littérature de l'haptique. Le dispositif complet a été interfacé avec un logiciel de simulation en réalité virtuelle (SOFA). Nous avons intégré dans SOFA le module nécessaire pour la simulation thermique. L'intégration était réussie et un scénario de simulation réaliste avec le retour d'information visuel que thermique a été réalisé. Des résultats préliminaires utilisant la simulation complète sont présentés.

Notre travail vise le design de dispositifs haptiques pour des interactions perceptives entre personnes. L’enjeu est de proposer des solutions d’interfaces appropriables par leurs utilisateurs, facilitant leur intégration dans la sphère des usages. Pour cela, nous considérons le dispositif d’interactions selon deux points de vue : en tant qu’outil tenu, constituant d’une expérience perceptive lorsque l’utilisateur agit à travers lui dans l’espace perceptif distal ouvert par l’outil ; et en tant qu’outil déposé, perçu par l’utilisateur lorsque celui-ci agit sur lui dans son espace perceptif organique. Notre apport concerne principalement la conception de l’interface haptique en tant qu’outil tenu. Celle-ci est abordée par des expérimentations en situation d’interaction dans un environnement minimaliste. Elles nous conduisent à distinguer deux composantes des avatars utilisés pour interagir dans un espace distal : le corps-image (ce qui permet à l’utilisateur d’être perçu par les autres) du corps-percevant (ce qui permet à l’utilisateur de percevoir les autres). Nous montrons empiriquement qu’un ajustement indépendant des propriétés de ces deux corps permet de modifier la dynamique d’interaction entre deux personnes, rendant possible l’expression et la perception d’attitudes communicationnelles. Nous pouvons alors nous intéresser à l’interface déposée en nous attachant à proposer des actions organiques qui font sens pour l’utilisateur
Our work aims at designing haptic devices for perceptual interpersonal interactions. The issue is to propose interfaces facilitating the development of their usages. Therefore, we consider interfaces from two perspectives : as an in-hand tool, constitutive of a perceptual experience when the user acts through it in the distal world it opens ; and as a put-down tool, constituted by the user, when he acts on it, in his organic perceptual world. In this work we focus on the design of the haptic interface as an in-hand tool. We operate it with user experimentations conducted in a deliberately minimalist interaction environment. These experiments lead us to make a distinction between two components of avatars used to act in distal worlds : the image body (enabling the user to be perceived by others) ; and the perceived body (enabling the user to perceive others). We show that separately adjusting the properties of the image body and of the perceiving body modifies the interaction dynamics between two persons. We exploit this new possibility offered by technical mediation to specify the in-hand interface. Then we design the put-down interface, striving for proposing organic actions that make sense for the user

Selon les estimations de l'OMS, le nombre de déficients visuels est croissant et cette progression va se poursuivre au cours des dix années à venir. Dans une société où les informations visuelles prennent souvent le pas sur les informations auditives, les déficients visuels sont confrontés au quotidien à de nombreuses difficultés. L'une d'elles, sur laquelle reposent les travaux de recherche présentés dans ce mémoire, est la mobilité. La conception d'un dispositif d'aide à la mobilité des déficients visuels constitue le coeur du projet Lunettes Intelligentes (LI) auquel ce travail de thèse est rattaché. Les principales difficultés de mise en oeuvre de ce projet sont liées à la définition et la conception d'un outil adapté aux besoins spécifiques des personnes déficientes visuelles en terme de mobilité. Le projet LI propose l'utilisation d'un dispositif de stéréovision monté sur une paire de lunettes et couplé à une interface tactile pour permettre une retranscription de l'environnement de la personne qui les porte. Ce travail de thèse contribue au projet LI à travers la conception, le prototypage et l'évaluation expérimentale d'une nouvelle interface tactile.

Ce travail a comme objectif l'amélioration et l'extension de l'application des systèmes de réalité virtuelle en retour haptique dans le cadre d'un travail collaboratif à distance induisant par conséquent des retards de transmission. Les développements des lois de commande présentées dans ce document font partie de celles améliorant les schémas de commande bilatérale classiques. Sous cette bannière, on trouve deux catégories de commande : passives, comme celles basées sur les variables d'onde où prédictives, en se basant sur l'estimation du modèle de l'esclave.

Comme une solution au caractère encombrant souvent observé au niveau de nombreuses interfaces haptiques, nous proposons un dispositif de conception simple fonctionnant sur le principe de régulation du coefficient de frottement. Cette structure est constituée d'une plaque en cuivre-berryllium de dimension 64x38x3 mm sur laquelle sont collées à l'époxy des céramiques piézoélectriques PZT convenablement agencées. Cette plaque tient sur quatre pieds chacun à l'extrémité sphérique ou plane. Ainsi, une alimentation électrique adéquate du dispositif autour de sa fréquence de résonance crée une onde stationnaire dont on a choisi deux ventres pour positionner les pieds. Dès lors une force de frottement variable entre les pieds et un substrat en acier par exemple est obtenue par le contrôle de l'amplitude vibratoire en harmonie avec le principe de la lubrification électroactive. Comme résultat, un usager perçoit un effort en tenant la plaque avec les doigts de la main et en déplaçant cette plaque sur le substrat plan comme il le ferait avec une souris d'ordinateur. Une première évaluation psychophysique tend à valider le dispositif pour une application en retour d'effort pouvant consister à identifier les limites ou les changements de forme d'objets d'un environnement virtuel
As a solution to the lack of compactness and simplicity often encountered in haptic interfaces, we propose a device based on friction coefficient control principle. This device includes polarised piezoceramics well adjusted and glued to a 64x38x3 mm copper-beryllium plate supported by four legs. Then, properly energised around a resonant frequency, with legs at antinodes, a stationary wave is created in the plate. Variable friction forces between the legs and the plane substrate are created by the control of the wave amplitude, according to electro-active lubrication. So the user obtains force feedback by holding the plate, and moving it on a plane substrate, as he couId do with a mouse interface. Preliminary psychophysical evaluation trends to assess the validity of the device as a force feedback interface able to sense limits or shape changes of objects from virtual environment in the future

Reproduction de : Thèse de doctorat : Génie électrique : Lille 1 : 2005.
N° d'ordre (Lille 1) : 3612. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 161-167.

La ponction articulaire est une technique courante utilisée par les rhumatologues pour soulager la douleur. L'utilisation de repères anatomiques aide à guider l'aiguille à l'intérieur de l'articulation. Cependant, sans l'aide de l'imagerie, les praticiens ont du mal à placer correctement l'aiguille et la plupart du temps il est nécessaire de réaliser une deuxième insertion articulaire. L'injection intra-articulaire de l'aiguille sous échographie est une solution pour faciliter la procédure. Il s'agit cependant d'un processus difficile car le praticien doit développer une coordination motrice-visuelle pour insérer l'aiguille et la guider en utilisant comme référence une image 2D générée par la sonde ultrasonore. Pour maîtriser cette technique, les pratiquants peuvent s'exercer sur des cadavres, des mannequins et des simulateurs. Les simulateurs offrent certains avantages par rapport aux cadavres et aux mannequins, mais la plupart d'entre eux ne permettent pas de modifier l'environnement de travail (morphologie et / ou pathologie du patient,…) ou de choisir le point d'insertion, ce qui limite le réalisme de la formation. Sous l'impulsion de SAMSEI, le projet SPARTE vise à développer un simulateur d'injection intra-articulaire entièrement fonctionnel. Ce projet est soutenu par 4 laboratoires et un établissement de santé. Dans ce travail de doctorat, les principales contributions sont: une nouvelle méthode à faible coût de calcul appelée «mur de suivi» couplée à des dispositifs virtuels pour le contrôle de la position et de l'orientation de l’aiguille, afin de restituer les forces lors de l'insertion de l'aiguille; l'étude et la validation de trois lois de commande différentes appliquées à un actionneur pneumatique pour restituer les forces lors de l'utilisation d'une sonde à ultrasons; et enfin la conception d'un simulateur fonctionnel complet où les utilisateurs peuvent expérimenter l'insertion de l'aiguille avec un guidage échographique
The articular puncture is a common technique used by rheumatologists to relieve pain. The use of anatomical landmarks helps to guide the needle inside the articulation. However, without the help of imaging guidance, practitioners have difficulty to place correctly the needle and most of the cases lead to an extra articular insertion. The intraarticular needle injection under echography is a solution to ease the procedure. It is however a challenging process since the pratitioner must develop motor-visual coordination to insert the needle and guided it using as a reference a 2D image generated by the ultrasound probe. To master this technique, practitioners can practice on corpses, manikins, and simulators. Simulators give some advantages over corpses and manikins, but most of them do not allow to modify the working environment (patient morphology and/or pathology, …) or to choose the insertion point, which limit the realism of the training. Under the impulsion of SAMSEI, SPARTE project aims to develop a fully functional intraarticular needle injection simulator. This project is supported by 4 laboratories and one health facility. In this PhD thesis, the main contributions are: a new low-computational cost method called “Tracking wall” coupled with virtual fixtures for position and orientation control to render forces during the needle insertion ; the study and validation of three different control laws applied on a pneumatic actuator to render the forces while using a ultrasound probe; and finally the design of a complete functional simulator where users can experiment the needle insertion with echographic guidance

Si l'accès des personnes aveugles aux technologies numériques a été, ces dernières années, grandement facilité, cet accès reste cependant problématique compte tenu des difficultés importantes à interagir avec les objets graphiques, Dans ce contexte, le Groupe Suppléance Perceptive développe depuis plusieurs années une plate-forme haptique (Tactos) devant favoriser cette interactivité avec les objets graphiques. Le travail mené dans le cadre de cette thèse vise, sur la base d'un premier prototype, à la fois à définir les conditions de son appropriation et de son usage par des personnes aveugles et à proposer un ensemble de spécifications pour la conception des futures versions de Tactos. Notre analyse a plus particulièrement porté sur l'identification de stratégies exploratoires efficientes favorisant l'activité perceptive. La méthodologie employée, inscrite dans une approche constructiviste, met à l'épreuve une démarche de conception minimaliste : le premier prototype est initialement restreint pour mieux caractériser des strategies qui, à leur tour, servent à inspirer la conception. Une étude longitudinale, entreprise auprès de six partenaires aveugles, permet de systématiser l'analyse des capacités perceptives et leur évolution. Les résultats mettent en évidence le caractère décisif de la technique exploratoire et l'avantage d'une comparaison entre la situation traditionnelle de lecture de formes et les explorations médiatisées. Les pistes de conception envisagées associent à la fois technologie de suppléance, l'assistance à l'activité et l'enseignement de stratégies spécifiques.

Depuis les débuts de la médecine, les étudiants en médecine s’entraînent sur des simulateurs (animaux, cadavres, mannequins) afin d’acquérir puis enrichir leurs compétences médicales, dont notamment celles nécessitant des gestes précis. C’est un moyen de faire des erreurs sans blesser de patient. Pourtant, ces simulateurs manquent souvent de réalisme, s’usent et finissent par coûter cher sur le long terme. Depuis plusieurs décennies, les technologies de simulation informatique ont enrichi le panel des simulateurs médicaux, et aujourd’hui les technologies haptiques offrent désormais un réalisme encore accru. Cependant, ces simulateurs haptiques n’intègrent pas le formateur dans la simulation, ce qui empêche de former les apprenant sur des gestes impliquant à la fois des trajectoires et des interactions outil/environnement où les efforts doivent être subtilement dosés et donc maîtrisés. Dans les travaux de recherche récents, des architectures dual-user (à deux utilisateurs) de simulateurs dédiés à la formation au geste ont été proposés ces dernières années, mais l’étude bibliographique proposée dans ce document démontre qu’aucun d’entre eux n’a été conçu dans ce sens : un retour haptique est proposé à l’apprenant mais le formateur n’a pas la possibilité de montrer simultanément la position des outils et les efforts à appliquer dessus. Récemment M. Fei Liu a conçu une solution à ce besoin (l’architecture dual-user ESC - Energy Shared Control), fondée sur une approche énergétique garantissant la passivité et donc la stabilité du), utilisable avec un dispositif esclave réel ou virtuel, et intégrant un mécanisme d’autorité adaptative (Adaptive Authority Adjustment - AAA) permettant au formateur de reprendre la main instantanément à partir du moment où l’apprenant dévie de la trajectoire désirée par le formateur. Cependant, cette solution se limitait à un seul degré de liberté et ce mécanisme d’autorité adaptative nécessitait de régler laborieusement trois paramètres peu intuitifs. Les solutions proposées dans ce mémoire poursuivent donc les travaux de M. Liu en améliorant l’architecture ESC afin de l’étendre à des dispositifs à plusieurs degrés de liberté, ayant potentiellement des cinématiques différentes (surtout le dispositif esclave par rapport aux dispositifs maîtres) et à plusieurs apprenants simultanés. Une amélioration de la fonction AAA est proposée ainsi que des profils d’utilisation dépendant du niveau de l’apprenant. Une première série de retours d’usage a été réalisée afin de déterminer l’intérêt pédagogique de cette fonction. Les résultats ne permettant pas de conclure, des préconisations sont proposées pour une deuxième série
Medical students can use training simulators to improve their skills in a faster way using advanced tools that could give them quantitative feedback about their performance. Nowadays there are some haptic simulators used in several areas of medical education. However, most of these simulators can be used by only one user at the time, with no possible ways to perform guided training. Besides, these simulators lack an internal architecture that allows them to be expanded into multiple users or multiple devices. Expanding these simulators to a multi-user system can lead to parallel teaching. To develop a multi-user haptic simulator, it is necessary to establish an architecture that offers stability, position tracking and haptic force feedback for each involved device. The trainer and trainees will be able to manipulate the slave (either a real robot handling a surgical tool or a numeric simulation) system using their proper Master haptic devices to perform the surgical task. The architecture must offer an authority-sharing mechanism that ensures the dominance of allowed users during the training and a proper estimation of the slave’s environment forces fed back to for each user. The following thesis shows the results obtained with the implementation of a previously proposed architecture, expansion it into n-DoF (in angular and cartesian workspace) and that can be used with devices that do not share the same kinematic configuration. The new architecture also allows implementing m-trainee consoles to expand the number of users that can learn from an experienced trainer at the same time. The expansion of the system, evaluation of transparency and results obtained for free motion and contact cases are shown. A new adaptative dominance function is also proposed that present some advantages over the ones proposed in the bibliography. The results of a study of how much this function aids trainees in the learning process is also detailed with the used test bank and a proposed protocol. Finally, its detailed future work that can be done to improve the architecture as well the necessaries studies that will probe its functionality

Pour rendre compte physiquement de la manipulation d'un objet virtuel dans l'espace ou sur un plan, la plupart des dispositifs haptiques actuels font appel à des actionneurs à un seul degré de liberté, dont les actions sont couplées par diverses liaisons mécaniques (type pantographe). La technologie piézoélectrique est une solution avantageuse dans ce domaine d'utilisation, pour son important effort massique, le travail à faible vitesse, et surtout la capacité à motoriser plusieurs degrés de liberté à partir d'un seul actionneur. Pour cette raison, un translateur piézoélectrique plan à onde stationnaire est étudié. Un modèle simplifié est élaboré pour offrir une interprétation globale des phénomènes de contact. Il est établi selon le formalisme du graphe informationnel causal qui met en évidence deux asservissements applicables au domaine haptique :un retour d'effort actif par le contrôle en force, et une solution alternative comparable à un embrayage, qualifié de retour d'effort dissipatif.

Pour rendre compte physiquement de la manipulation d'un objet virtuel dans l'espace ou sur un plan, la plupart des dispositifs haptiques actuels font appel à des actionneurs à un seul degré de liberté, dont les actions sont couplées par diverses liaisons mécaniques (type pantographe). La technologie piézoélectrique est une solution avantageuse dans ce domaine d'utilisation, pour son important effort massique, le travail à faible vitesse, et surtout la capacité à motoriser plusieurs degrés de liberté à partir d'un seul actionneur. Pour cette raison, un translateur piézoélectrique plan à onde stationnaire est étudié. Un modèle simplifié est élaboré pour offrir une interprétation globale des phénomènes de contact. Il est établi selon le formalisme du graphe informationnel causal qui met en évidence deux asservissements applicables au domaine haptique : un retour d'effort actif par le contrôle en force, et une solution alternative comparable à un embrayage, qualifié de retour d'effort dissipatif.

Les systèmes de communication à distance entre les individus ont évolué significativement au cours des dernières années, de concert avec les innovations technologiques caractérisant notre société. Afin de réaliser une communication réaliste et intuitive, le système doit être capable de stimuler les sens qui sont habituellement impliqués dans l’interaction entre deux personnes, tels que l’ouïe, la vision et le toucher. Le téléphone a représenté une innovation importante dans les communications en permettant enfin de pouvoir parler avec son interlocuteur directement, sans devoir employer un signal codé comme le code Morse. Cette communication a été améliorée en introduisant les appels vidéo, lesquels permettent non seulement d’entendre l’interlocuteur mais aussi de le voir. Plusieurs recherches ont cependant démontré que le sens du toucher joue également un rôle très important dans les interactions entre individus. Une technologie relativement récente, connue comme technologie haptique, aborde le problème de la transmission du sens du toucher à distance, dans le but de mettre en oeuvre une communication complète et encore plus réaliste. Cette technologie a également d’autres applications tout aussi importantes. À titre d’exemple, l’haptique est utilisée dans le domaine de la réadaptation et de l’apprentissage guidé de personnes ayant des déficiences motrices. Cette thèse porte sur le développement de la technologie haptique pour la communication à distance entre deux individus. L’objectif final est la réalisation d’un système permettant aux deux utilisateurs de se serrer la main à distance. Afin d’atteindre cet objectif, nous devons aborder deux problèmes différents, tels que la conception d’une interface capable de reproduire le mouvement désiré et l’implémentation d’une loi de commande garantissant le comportement correct de cette interface. Toujours dans le cadre de l’interaction à distance par le biais d’un dispositif haptique, une interface pour l’apprentissage de l’écriture manuelle est également présentée. Cette application permet de démontrer, entre autres, l’importance d’un signal haptique dans l’interaction humain-humain et son influence sur les utilisateurs.
Remote communication systems have significantly improved in the course of the recent years, in concert with technological innovations of our society. In order to realize a realistic and intuitive communication, the system must activate the part of the sensory system that is normally stimulated in an interaction between two people, i.e., the auditory system, the visual system and the haptic perception system, which concerns touch. The telephone represented an innovating communication system. It allowed to directly talk to the interlocutor without any need for a coded signal such as the Morse code. Remote communications have been further improved with the introduction of the video calls, which allow people not only to talk to but also to see each other. Several researches proved that the sense of touch plays a crucial role in social interactions. Haptic technology, which is relatively recent, approaches the problems related to the perception and the transmission of touch. One objective is to render remote communications even more complete and realistic. Haptic technology is also used in other important applications such as, for instance, rehabilitation and guided learning process of people with movement impairments. This thesis concerns the development of the haptic technology devoted to the implementation of remote communication systems. The final objective is to realize a teleoperation system which allows two users to remotely shake hands. In order to achieve this objective, two main issues must be faced : the design of a haptic interface capable of reproducing the required movement and the implementation of a control law which guarantees the proper response of such an interface. In the framework of a remote interaction via a haptic device, an interface for the training and assessment of handwriting capabilities is also presented. The latter application demonstrates the importance of haptic signals in a remote human-human interaction and its influence on the users.

Malgré la puissance de nos technologies de communication actuelles pour maintenir du contact social dans des situations extrêmes, elles restent insuffisantes pour totalement combler les sentiments de solitude et d'isolement. Le toucher social, est essentiel au bien-être humain, nous permet de développer et raffermir nos liens relationnels et est un puissant canal de communication des émotions. Le présent travail de thèse s'intéresse à la façon dont on peut munir des agents artificiels de capacités de toucher social. Qu'il s'agisse de robots ou de personnages virtuels, ces nouvelles entités sociales sont déjà équipées de nombreuses modalités d'interaction (paroles, gestes, expressions faciales, etc.), et munir ces nouveaux types d’entités sociales de capacités de toucher pourrait améliorer encore leurs capacités émotionnelles et relationnelles. Plus particulièrement, notre principale question de recherche est de déterminer quand et comment toucher u and allowsn humain de manière utile, autonome et respectueuse. A cet effet, nous proposons une structure théorique et une implémentation fonctionnelle d'un agent touchant capable d'interagir dynamiquement avec un humain en temps réel, au sein d'un environnement immersif. En particulier, nous décrivons un module de perception des comportements de l'humain, un modèle de décision qui prenne en compte la cohérence et l'acceptabilité du toucher en contexte, et une interface haptique SOFTLY qui puisse être utilisée en immersion dans un environnement virtuel. Les évaluations de ces développements mettent en lumière les capacités prometteuses de ce framework, ainsi que ses limites actuelles et perspectives d'amélioration pour des travaux futurs
Despite the current abilities of our communication technologies, they remain unable to completely counterbalance feelings of isolation and loneliness. Social touch is essential to human well-being and allows us to develop and strenghten our relationships. It is also powerful channel of emotional communication. This thesis work is aimed at endowing artificial agents with social touch abilities. Whether they are robotic or virtual artificial agents represent new kinds of social entities and are already equipped with many interactional modalities (speech, gestures, facial expressions, etc.). Endowing them with touching abilities could further enhance their abilities to communicate emotions and to bond with humans. More specifically, our main research question is to determine when and how to touch a human is meaningful, autonomous and respectful way. To answer this question, we propose a theoretical structure and a functional implementation of a touching agent, able to dynamically interact with a human in real-time in an immersive environment. We describe a perception module to detect the human’s behaviour, a decision model able to take coherence and acceptability of touch into account, and a haptic interface (SOFTLY) that can be used in the immersive setup to generate haptic feedback. Evaluations of this framework are discussed and hightlight that its abilities are promising, althought there are still clear avenues of improvement for the model

La communication des émotions est importante pour le bien-être physique et psychologique des humains.Nous communiquons nos émotions par la voix, mais aussi par le langage corporel comme les expressions faciales, la posture ou le toucher. Parmi ces éléments de communication non verbal, la modalité tactile joue un rôle particulier. Le toucher se produit dans des situations de co-localisation et implique un contact physique entre deux individus. Un contact tactile peut transmettre des émotions comme le fait de réconforter une personne en lui caressant doucement le bras.Les technologies et les dispositifs actuels utilisés pour la communication médiée ne sont pas conçus pour prendre en charge la communication affective par le toucher.Il est donc nécessaire d'avoir de nouvelles interfaces pour la médiation du toucher, à la fois pour détecter le toucher (pour remplacer la peau du récepteur) ainsi que pour transmettre le toucher (pour remplacer la main de l'émetteur).Pour explorer ce sujet, je prends inspiration du corps humain pour éclairer la conception de nouvelles interfaces. Je mets en avant l'utilisation des affordances anthropomorphiques pour concevoir des interfaces qui bénéficient de notre connaissance de l'interaction physique avec d'autres humains.Les affordances anthropomorphiques utilisent notre projection du fonctionnement et du comportement humains dans les attributs d'un objet, afin de suggérer les façons de l'utiliser.L'anthropomorphisme a reçu peu d'attention jusqu'à présent dans le domaine de l'Interaction Homme-Machine (IHM) ; son espace de conception est encore largement inexploré. Dans cette thèse, j'explore cet espace de conception et je me concentre sur l'augmentation des dispositifs mobiles et robotiques avec des capacités tactiles pour améliorer la transmission des émotions afin d'enrichir la communication sociale.Ceci soulève deux principaux problèmes de recherche, qui sont abordés dans cette thèse.Un premier problème est de définir le type de dispositif nécessaire pour réaliser un toucher. Actuellement, les dispositifs robotiques ne produisent pas un toucher proche de celui de l'humain.Dans la première partie de cette thèse, je me concentre sur la conception et l'implémentation d'interfaces capables de produire un toucher proche de celui de l'humain.Je mets en évidence différent facteurs qui composent le toucher humain et qui peuvent être reproduits par un dispositif robotique. J'évalue ensuite expérimentalement l'impact du toucher reproduit par un robot sur la perception des émotions.Je me suis appuyé sur ces premières résultats pour proposer Mobilimb, un bras robotique de petite taille qui peut être connecté à des appareils mobiles et qui peut toucher l'utilisateur.Un deuxième problème consiste à développer des interfaces capables de détecter le toucher. Mon approche est d'intégrer une peau artificielle, ressemblante à la peau humaine, sur des appareils existants.Je propose les prérequis pour reproduire de la peau humaine, ainsi qu'une méthode de fabrication pour reproduire ses propriétés visuelles, tactiles et kinesthésiques. Je propose ensuite une implémentation de peau artificielle qui peut être intégrée sur des dispositifs existants et qui peut détecter des gestes expressifs de toucher. Cette interface est ensuite utilisée pour explorer diverses applications et scénarios.En résumé, cette thèse contribue à la conception et à la compréhension des dispositifs anthropomorphiques pour la communication tactile affective. Je propose d'utiliser les affordances anthropomorphiques pour concevoir des interfaces.Pour aborder les questions de recherche de cette thèse, je me suis appuyé sur les caractéristiques biologiques humaines et les outils et méthodes de fabrication numérique. Les dispositifs présentés dans cette thèse proposent de nouvelles contributions techniques et empiriques autour de la détection et de la génération du toucher
Communicating emotions is important for human attachment and bonding as well as for physical and psychological well-being.We communicate emotions through voice, but also through body language such as facial expressions, posture or touch. Among all these nonverbal cues, the tactile modality plays a particular role. Touch happens in co-located situations and involves physical contact between two individuals. A touch contact can convey emotions such as comforting someone by gently stroking her arm.Current technologies and devices used for mediated communication are not designed to support affective touch communication.There is a need to have new interfaces to mediate touch, both to detect touch (to replace the receiver's skin) and to convey touch (to replace the emitter's hand).My approach takes inspiration from the human body to inform the design of new interfaces. I promote the use of anthropomorphic affordances to design interfaces that benefit from our knowledge of physical interaction with other humans.Anthropomorphic affordances project human functioning and behaviour to the attributes of an object to suggest ways of using it. However, anthropomorphism has received little attention so far in the field of Human-Computer Interaction; its design space is still largely unexplored. In this thesis, I explore this design space and focus on augmenting mobile and robotic devices with tactile capabilities to enhance the conveying of emotions to enrich social communication.This raises two main research problems addressed in this thesis.A first problem is to define the type of device needed to perform touch. Current actuated devices do not produce human-like touch.In the first part of this thesis, I focus on the design and implementation of interfaces capable of producing humanlike touch output.I highlight human touch factors that can be reproduced by an actuated device. I then experimentally evaluate the impact of humanlike device-initiated touch on the perception of emotions.Finally, I built on top of these findings to propose Mobilimb, a small-scale robotic arm that can be connected onto mobile devices and can touch the user.A second problem is to develop interfaces capable of detecting touch input. My approach is to integrate humanlike artificial skin onto existing devices.I propose requirements to replicate the human skin, and a fabrication method for reproducing its visual, tactile and kinaesthetic properties. I then propose an implementation of artificial skin that can be integrated onto existing devices and can sense expressive touch gestures. This interface is then used to explore possible scenarios and applications for mediated touch input.In summary, this thesis contributes to the design and understanding of anthropomorphic devices for affective touch communication. I propose to use anthropomorphic affordances to design interfaces.To address the research questions of this thesis, I built upon human biological characteristics and digital fabrication tools and methods. The devices presented in this thesis propose new technical and empirical contributions around touch detection and touch generation