Perception et interface haptique pour les nanosciences

par Guillaume Millet

Thèse de doctorat en Mécanique. Robotique

Sous la direction de Stéphane Régnier.

Soutenue en 2009

à Paris 6 .

mots clés

• Evaluation utilisateur
• Assistance haptique
• Analogie
• Interface haptique
• Micromanipulation
• Nanosciences

Résumé

Cette thèse aborde la problématique de la perception et d'une interface haptique pour les nanosciences, sous l'angle des utilisateurs potentiels. Une première partie décrit une analyse détaillée de la perception utilisateur à l'aide d'évaluations, sur des expériences ciblées tâche, puis sur d'autres orientées compréhension des phénomènes dans une démarche pédagogique. Le cœur de cette analyse s'articule autour de la définition d'une plate-forme de simulation, et la recherche d'assistances haptiques dédiées à des statégies complexes de manipulation et d'analogies comportementales pour la compréhension de la microscopie à force atomique. La deuxième partie aborde la conception d'une interface haptique à haute fidélité pour l'échelle nanoscopique. Une nouvelle approche d'actionnement est proposée, où deux moteurs sont couplés visqueusement afin d'obtenir une interface à large plage dynamique et à faible inertie. Celle-ci permet d'approcher les capacités motrices et perceptuelles humaines

Titre traduit

Haptic perception and device for nanoscience

Résumé

Teleoperation is a unique way to interact at micro- and nanoscopic scales where the limits of human sensory perception are exceeded. The applications such as micro/nanosystems design or nanotechnology teaching may develop in this promising research field. This work tackles the issue of haptic perception and device for nanoscience, from the point of view of potential users. The key points of this work are discussed in two parts. The first part describes a detailed analysis of the user perception with a set of evaluations, first, on task-based experiments (where the perception of the phenomena is not essential compared to the achievement of the task), then, on experiments based on the understanding of the phenomena in an education context. The core of this analysis is based on the development of a simulation setup and the research of haptic aids dedicated to complex manipulation strategies and of behavioral analogies for the understanding of atomic force microscopy. The second part deals with the design of a high-fidelity haptic device for rendering nanoscale forces. A new approach of actuation is proposed, consisting in two motors viscously coupled, in order to provide a large dynamic scale and a very small inertia. The prototypes developed show that this system can approach or exceed human motor and sensory performance