Dispositif tactile acoustique : Etude de la température et de l'intéraction doigt-coque

par Guillaume Trannoy

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Stéphane Holé.

Soutenue le 03-04-2014

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris , en partenariat avec Laboratoire de Physique et d'Etude des Matériaux (laboratoire) .

Le jury était composé de Jean-Pierre Nikolovski, Betty Semail-Lemaire, Stefan Catheline, Franck Augereau, Vincent Hayward.


  • Résumé

    Ce travail de thèse adresse les phénomènes en jeux dans les interfaces tactiles par ondes de Lamb avec, d’une part, l’influence des perturbations engendrées par les touchers d’utilisateurs et, d’autre part, l’influence des conditions environnementales sur les matériaux et l’algorithme de localisation.Dans une première partie, des mesures expérimentales du comportement viscoélastique de l’index ont été réalisées et relient l’effort et l’angle d’appui à la superficie de contact elliptique par une loi en puissance. Les impédances acoustiques caractéristiques du doigt et de divers matériaux ont été mesurées pour les ondes longitudinales et transversales. Ces paramètres sont représentatifs de la capacité à perturber la propagation d’ondes dans une cavité acoustique. En s’appuyant sur ces résultats, un doigt artificiel a été conçu, permettant des mesures automatisées ou des calibrations répétables de surfaces tactiles.Dans une seconde partie, l’influence des conditions de température et d’humidité relative sur les propriétés mécaniques a été étudiée par l’analyse des vitesses et des atténuations des ondes de volumes dans deux thermoplastiques différents. Alors que l’ABS injecté présente des vitesses de propagation linéairement dépendantes avec la température, elles ont une dépendance quadratique dans le cas d’un polyamide fritté. La sensibilité des ondes de Lamb aux conditions climatiques est estimée à partir des propriétés des matériaux et permet de déduire les modifications des spectres de réponse d’un toucher sur une coque, autorisant une compensation de l’algorithme de localisation. Enfin, différentes pistes d’amélioration du contrôle des ondes guidées et de l’algorithme sont proposées en s’appuyant sur l’utilisation de matériaux viscoélastiques et de représentations temps-fréquence.

  • Titre traduit

    Acoustic tactile device : Temperature effects and touch interaction


  • Résumé

    This work addresses the phenomena taking place in Lamb wave tactile interfaces by studying the perturbation due to a user touch, and the influence of environmental conditions on materials and localization algorithm.In the first part, viscoelastic measurements of the index finger show a power law relation between force, angle and elliptic area of the contact. The acoustic impedances of index finger and different materials have been measured for longitudinal and transversal waves. These parameters are representatives of the ability to perturb the propagation of waves in the acoustic cavity. From these results, an artificial finger has been designed and allows automated measurements and repeatable calibration of tactile surfaces to be carried out.In the second part, the influence of temperature and humidity on mechanical properties is investigated by analyzing velocities and attenuations of bulk waves in two different thermoplastics. While velocities are linearly dependent on temperature for injected ABS, they are quadratically dependent for the sintered polyamide. Sensibility of Lamb waves to the environmental conditions is estimated with material properties and allows the modifications of the spectral response of a touch to be calculated. That enables compensations in the localization algorithm.Finally, various improvements in the control of guided waves and localization algorithm are proposed. They rely on viscoelastic materials and time-frequency representations.


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