Dispositifs anthropomorphiques pour la communication tactile affective

Anthropomorphic devices for affective touch communication

• Auteur / Autrice : Marc Teyssier
• Direction : Eric Lecolinet, Catherine Pelachaud, Gilles Bailly
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signal, images, automatique et robotique
• Date : Soutenance le 06/02/2020
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Télécom Paris (Palaiseau ; 1977-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Traitement et communication de l'information (Paris ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Françoise Détienne
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Samuel Bianchini, Céline Coutrix
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mehdi Ammi, Dirk Heylen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Toucher

Systèmes homme-machine

Mots clés libres

Toucher

Dispositifs anthropomorphiques

Interaction Homme-Machine

Retour haptique

Fabrication

Touch

Anthropomorphic devices

Human-Computer interaction

Haptic feedback

Fabrication

Résumé

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.