Reproduction of Tactual Textures: Transducers, Mechanics, and Signal Encoding

Autor: Wiertlewski, Michael
Přispěvatelé: Institut des Systèmes Intelligents et de Robotique (ISIR), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Interfaces Sensorielles et Ambiantes (LISA), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, Vincent Hayward(hayward@isir.upmc.fr)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2011
Předmět:
Zdroj: Biomechanics [physics.med-ph]. Université Pierre et Marie Curie-Paris VI, 2011. English
Popis: The textures of surfaces are tactually perceived mostly from the vibrations generated when sliding our fingertips on them. Despite its prevalence in everyday behavior, the study of the interaction of a finger with a textured surface, for virtual reality purposes, has not been much studied.This thesis explores some factors that contribute to the mechanics of interaction between a bare finger and a surface with a view to their artificial reproduction. The recording and reproduction of tactual textures are first discussed, along with a specifically designed apparatus able to precisely measure the interaction force arising from the friction of a sliding finger. The same piezoelectric-based apparatus was employed to rapidly deform the fingertip during exploratory movement, in order to replicate the presence of a texture, resulting in a new approach to simulate the roughness and texture of virtual surfaces. The problem of recording-reproducing textured surfaces motivated the question of the determination of the mechanical behavior of the fingertip. Investigations revealed that fingertips behave like elastic springs at low frequencies, and that after a corner frequency of about 100 Hz, the response is dominated by viscous damping, something that was never directly shown before. Next, the features of the vibratory signals created by the friction of a finger on various textures were analyzed. Expressing the fluctuations of the frictional force as function of space, rather than of time, indicated a number of possible signal characteristics that could play a key role in the tactual perception textures. The thesis highlights the importance of the mechanics and biomechanics during the haptic exploration of surfaces and their possible contribution to perception. Collectively, the findings reported in this thesis are pertinent to the design of effective virtual reality systems and other applications.; La texture des surfaces est tactilement perçue principalement par les vibrations générées lors du glissement de nos doigts sur celles-ci. Malgré sa prévalence quotidienne, l'étude de l'interaction du doigt avec une texture, dans le cadre de la réalité virtuelle, n'a pas été approfondie en détail. Cette thèse explore une partie des facteurs qui contribuent à la mécanique de l'interaction entre un doigt et une surface avec pour objectif sa reproduction artificielle. L'enregistrement et la reproduction des textures tactiles sont premièrement discutés, accompagnés de la conception d'un appareil capable de précisément mesurer la force d'interaction émanant de la friction d'un doigt qui glisse. Le même dispositif piézoélectrique fut employé pour déformer à haute vitesse le bout du doigt, dans le but de reproduire la présence d'une texture. Ce travail est une nouvelle approche pour simuler la rugosité et la texture d'une surface virtuelle. La question de l'enregistrement et de la reproduction des surfaces texturées a motivé l'étude du comportement mécanique du bout du doigt. Cette étude révèle que le bout des doigts se comporte comme un ressort élastique dans les basses fréquences, et qu'après une fréquence de coupure d'environ 100 Hz, la réponse est dominée par l'amortissement visqueux, un fait qui n'a jamais été directement observé auparavant. Ensuite, les spécificités des signaux vibratoires créés par le frottement d'un doigt sur plusieurs textures furent analysées. L'expression des fluctuations de la force de friction en fonction de l'espace plutôt que du temps, indique que plusieurs caractéristiques du signal peuvent jouer un rôle majeur dans la perception tactile des textures. Cette thèse met en lumière l'importance de la mécanique et de la biomécanique pendant l'exploration haptique des surfaces et leur potentielle contribution à la perception. Collectivement, les résultats présentés dans cette thèse sont utiles pour la conception de meilleurs systèmes de réalité virtuelle et à d'autres applications.
Databáze: OpenAIRE
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