Study of the reflection and the absorption of ultrasonic waves by the fingertip: application to haptic surfaces
Étude de la réflexion et de l'absorption des ondes ultrasonores par le doigt : application aux surfaces haptiques
Résumé
Touchscreens have pervaded our lives and became the human/computer of choice. However, its utilization needs high visual attention contrary to the physical world that we experience. To address this lack, haptic surfaces propose to produce tactile stimuli directly onto the user’s fingertip. To generate these stimuli, a promising technique consists of modulating fingertip friction on the active surface. The variation of this force, opposed to the fingertip motion, generates an illusion of touching a textured surface, the shape of relief or the clic of a button. The method used here is based on the control of the amplitude modulation of ultrasonic waves in real-time to variates the fingertip friction.
The effect of these ultrasonic waves on friction is a complex and variable phenomenon. The friction force of the fingertip could variate an order of magnitude within minutes. This work proposes a method to measure and control in a closedloop this force that would overcome its variations. To understand the underlying phenomenon of wave/fingertip interaction a multi-scale contact model has been made. It includes the non-linear dynamics which links two-time scales: the one of the ultrasonic vibration (20 microseconds) and its effect on friction (1 ms). Interestingly, this
model helps extract the contact state and so its frictional resistance simply with the measure of the plate vibration. This is done without using another sensor than the ultrasonic actuator already needed for the friction modulation. Consequently, this method is ready to be used in haptic interfaces. Also, with the possibility to assess
friction even before sliding occurs, a new way to create tactile stimuli is brought to enhance the realism of tactile illusions on haptic surfaces.
L’écran tactile représente aujourd’hui la quintessence des interfaces homme machine. Cependant, l’interaction avec cette surface plane demande une attention visuelle forte, en contradiction avec l’expérience physique du monde qui nous entoure. Afin de pallier ce manque, les surfaces haptiques offrent une nouvelle opportunité pour générer des stimuli tactiles directement sur le doigt de leurs utilisateurs. Pour générer ces stimuli, un principe prometteur repose sur la modulation du frottement du doigt sur la surface active. La variation de cet effort, opposé au mouvement du
doigt, génère l’illusion de toucher une surface texturée, les formes d’un relief ou d’interagir avec des boutons. La méthode utilisée dans ce travail repose sur le contrôle en temps réel de l’amplitude d’ondes ultrasonores pour faire varier le frottement du doigt. L’effet de ces ondes ultrasonores sur le frottement est un phénomène complexe
et variable. La force due au frottement du doigt peut varier d’un ordre de grandeur en l’espace de quelques minutes. Ce travail propose une méthode pour mesurer et contrôler en boucle fermée cette force et ainsi corriger les variations. Afin de comprendre les nuances de l’interaction ondes-doigt, un modèle reposant sur la théorie de contact multi-échelles a été conçu. Il intègre la dynamique non-linéaire qui lie deux échelles de temps : celle de la vibration ultrasonore (20 microsecondes) et son impact sur le frottement (1 ms). En retour, ce modèle permet d’extraire l’état du contact, et donc du frottement à partir de la simple mesure de la vibration de la plaque. Et cela, sans employer de capteur supplémentaire que l’actionneur ultrasonore déjà présent pour la modulation. Ceci, le rend parfaitement prêt à être utilisé dans des interfaces haptiques. Avec cette estimation du frottement possible avant même la mise en glissement, s’ouvrent de nouvelles possibilités de stimuli tactiles pouvant renforcer le réalisme des illusions produites par les surfaces haptiques.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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