Tactile feedback devices : friction control and texture generation

par Eric Vezzoli

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Betty Lemaire-Semail et de Frédéric Giraud.

  • Titre traduit

    Surfaces à retour tactile : contrôle du frottement et génération de textures


  • Résumé

    L’usage des systèmes tactiles est omniprésent dans le monde d'aujourd'hui, où le principal moyen d’interaction est la pression d'un doigt sur l'écran de l'appareil, par exemple un smartphone ou une tablette. La capacité de ces interfaces pour rendre différentes sensations tactiles est assez limitée actuellement, et repose principalement sur la vibration de l'ensemble du dispositif, ce qui limite ses capacités de rendu tactile. Dans le domaine de l’haptique, peu de technologies sont compatibles avec les techniques d'acquisition de position capacitives ; parmi elles, on trouve les techniques de modulation de friction: électrovibration et vibrations ultrasoniques. L’électrovibration augmente la friction entre le doigt et une surface par l'attraction électrostatique créée par la mise sous haute tension de cette surface. Les vibrations ultrasoniques permettent de réduire le frottement en fonction de l'état vibratoire de la surface explorée. Dans cette thèse, une modélisation physique des deux techniques est développée et validée expérimentalement ; les règles de conception pour les systèmes tactiles exploitant ces techniques en sont déduites. De plus, l'indépendance physique et perceptive ainsi que la compatibilité des deux techniques sont prouvées par la mise au point d'un stimulateur couplé. Enfin, le développement d'un nouveau dispositif tactile, appelé E-VITA, élaboré en accord avec les règles de conception déduites, est décrit. Sur ce dispositif, une nouvelle stratégie de contrôle prenant en compte les caractéristiques perceptives du doigt, est intégrée, permettant l’augmentation des capacités de rendu tactile de ces dispositifs à friction modulable.


  • Résumé

    The interaction with tactile systems is ubiquitous in todays world, where the primary mean of interaction is the touch of a finger on the screen of the device, i.e. smartphone or tablet. The ability of these interfaces to render different tactile sensations is quite limited, and mostly composed by the vibration of the whole device, which limits their rendering abilities. Few haptic technologies show the promising opportunity to be coupled with capacitive position acquisition techniques. Among them, there are the friction modulation techniques, also called surface haptic techniques: electrovibration and ultrasonic vibration. The former increases the friction between the finger and a high voltage supplied surface by electrostatic attraction, whereas the second reduces the friction in function of the vibrational state of the explored surface. In this thesis, for both techniques, a precise physical modelling approach is developed, and assessed by experimental results and comparison; thus, design rules for these tactile devices can be deduced to optimize the tactile rendering. Moreover, physical and perceptual independence of both techniques are proven with the development of a coupled stimulator. In the end, the development of a new tactile device, named E-ViTa, developed following the design rules outlined, is described, and a new control strategy considering the perceptual characteristics of the finger is integrated, allowing the expansion of the rendering capabilities of the surface haptic devices.


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