The fundamental conceptualisation of what animation actually is has been changing in the face of material change to production and distribution methods since the introduction of digital technology. This re-conceptualisation has been contributed to by increasing artistic and academic interest in the field, such as the emergence of Animation Studies, a relatively new branch of academic enquiry that is establishing itself as a discipline. This research (documentation of live events and thesis) examines animation in the context of performance, rather than in terms of technology or material process. Its scope is neither to cover all possible types of animation nor to put forward a new ‘catch-all’ definition of animation, but rather to examine the site of performance in character animation and to propose animation as a form of performance. In elaborating this argument, each chapter is structured around the framing device of animation as a message that is encoded and produced, delivered and played back, then received and decoded. The PhD includes a portfolio of projects undertaken as part of the research process on which the text critically reflects. Due to their site-specific approach, these live events are documented through video and still images. The work represents an intertwining, interdisciplinary, post-animation praxis where theory and practice inform one another and test relationships between animation and performance to problematise a binary opposition between that which is live as opposed to that which is animated. It is contextualised by a review of historical practice and interviews with key contemporary practitioners whose work combines animation with an intermedial mixture of interaction design, fine art, dance and theatre.

Contemporary art is seen as an effective way of communicating complicated science to a range of lay audiences, particularly in the context of medical research. This is the premise of ‘sciart’. However this rationale can limit the cultural significance of artworks by overstating their illustrative capacity, an outcome that severely reduces the creative endeavour of the artist. Based on the first-hand experience of an artist whose career has engaged with the opportunities afforded by ‘sciart’, this study seeks to address the illustration problem by exploring new methods of working across art and science that challenge representations of the inherited neuromuscular disorder myotonic dystrophy, a condition which affects one in 8000 adults in the UK. Hazel, a film made by the artist with the participation of eleven women affected by the condition, is placed at the centre of this as a case study. Pioneering work with the UK Myotonic Dystrophy Patient Registry facilitated recruitment, and it is this process that forms the unique contribution to knowledge of the research. By illuminating the multiple loss experienced by families struggling with physical and social decline, this research offers a practical and theoretical image of the capacity contemporary artists have to shape research into myotonic dystrophy. The study will argue that this capacity is more ambitious than illustration, more extensive than the communication of family insights. Thus it can embrace a much-needed form of research leadership that is built upon an artist’s scope to say powerful things by withholding information. In addition, the employment of feminist literature on ageing and appearance, and sociological research into the decline and isolation of affected families, helps define the particular form of leadership that can arise through extreme personal circumstances. As pressures on services increase, cross-sector influence becomes increasingly important and this thesis and body of practical work explores the future impact of contemporary artists taking a lead in shaping research agendas in the genetic sciences.

La marche humaine nécessite la génération de force propulsive ainsi que des forces antigravitaires pour maintenir l’équilibre. Pour cela, le système nerveux central est requis d’orchestrer la contraction des muscles des membres inférieurs, notamment les fléchisseurs plantaire de la cheville qui interface entre le sol et le corps humain. Durant la première phase de simple appui, le triceps sural (TS) est en contraction excentrique et son activation aide à soutenir le corps en résistant à la rotation du tibia sur le Tarsus. Par contre, la phase finale de simple appui est marquée par une augmentation des forces de réactions au sol « Push-off », du couple articulaire de la cheville et de l’activité électromyographique du TS. Le rôle du TS durant la phase finale de simple appui est l’objet de débat dans la littérature, où certains lui attribut le rôle de propulseurs et d’autre de soutien du corps. Dans ce travail, nous postulons que l’augmentation de l’activité du TS en phase finale de simple d’appui sert uniquement à décélérer la chute du centre de masse. En outre, nous postulons que la modulation temporelle de l’activité du TS permet de contrôler la cinématique (cadence et longueur de pas) et la cinétique de la marche. Deux études ont été mises en places pour tester les hypothèses de travail. Des données biomécaniques mesurées à partir d’une plateforme de force et l’activité EMG du soléaire et des gastrocnémiens latéral et médial de la jambe d’appui ont été collecté pour les deux études. Dans la première études des volontaires ont initié la marche sans et avec un ajout de poids de 20 kg attaché au niveau de la ceinture abdominale. L’ajout du poids augmente les forces de propulsion. Une augmentation de l’activité EMG du triceps permettrait de comprendre si le triceps participe à la génération de force propulsive. La deuxième étude est composée de deux expérimentations. Dans la première expérimentations des volontaires ont accompli 3 conditions de initiation de marche à vitesse variée tout en maintenant la longueur de pas constante. Dans la deuxième expérimentation, les sujets ont été incliné et instruit de récupérer leur équilibre en exécutant un pas de longueur différente. Les résultats ont montré que : 1) le triceps ne participe pas au push-off mais freine la chute du centre de masse en phase finale de simple appui. 2) L'amplification d’activité électromyographique durant la marche rapide est due à l’augmentation de demande de support de corps causé par la croissance des forces inertiels du corps. 3) La durée de contraction du TS permet de déterminer la cadence et la longueur de pas, donc la cinématique de la marche. La durée d’activité du TS permet aussi de déterminer la position du centre de masse par rapport au centre de pression au moment du contact avec le sol. 4) Ceci permet au TS de moduler le couple de déséquilibre responsable des forces propulsives, donc la cinétique de la marche. / Human gait necessitates the generation of both propulsive force to propel the body forward and anti-gravitational force to maintain dynamic postural equilibrium. This requires the central nervous system to orchestrate lower limb muscles. Notably the CNS has to control ankle plantar flexors activity as the whole body rotates around the ankle, which in turn interfaces with the external environment. From early to middle stance, triceps surae (TS) contracts eccentrically thus resisting tibial rotation around the tarsus. However, late stance is marked by an increase in ground reaction forces, commonly known as « Push-off », in ankle torque and electromyographic activity of TS. The role of triceps surae during late stance is object of debate in the literature. Some believe it is responsible for the push-off other insist it is sole role is to maintain dynamic postural equilibrium. In this work, we postulate that the increase in TS activity in late stance is to decelerate vertically the fall of the centre of mass. We further hypothesise that temporal modulation of TS activity determines global gait kinematics (cadence and step length) and kinetics. Two studies have been conducted to test the work hypotheses. Ground reaction force data gathered from a large force platform and EMG activity of soleus, medial and lateral gastrocnemius of stance was measured using surface electrodes. In the first study, subjects initiated gait with and without an added mass of 20 kg attached around the waist. Adding the weight increases propulsive force. If TS activity increases as well than it is responsible for generating propulsive force. The second study is composed of two experiments. In the first volunteers performed gait initiation at three different walking velocity conditions while maintain step length constant. In the second experiment, subjects were inclined and asked to recuperate their equilibrium by performing a step. They were asked to perform three step lengths. Results showed that: 1) Triceps does not participate in push-off but brakes the fall of the centre of mass during late single stance. 2) Increasing TS EMG activity in late stance is due to an increase in the requirement of maintaining dynamic postural equilibrium. 3) Control over the duration of TS activity determines cadence and step length and thus the kinematics of gait. Temporal modulation of TS also sets the position of centre of mass with respect to centre of pressure at the moment of foot-contact. 4) By controlling the distance between the two, the CNS modulates the disequilibrium torque that is responsible for propulsive force and thus the kinetics of gait.

Cette thèse s'inscrit dans le domaine de l’emballage et du conditionnement. À notre connaissance, dans le monde industriel et académique, il n'existe pas d'outils de simulation qui prennent en compte toutes les étapes du cycle de développement afin d'aider au dimensionnement et à l'amélioration des performances d'application pick & place multi-robots. Il existe des outils performants répondant à un seul besoin mais aucun logiciel répondant à tous. L'objectif de ces travaux est le développement d'une méthodologie utilisable, à l'aide d’un unique outil logiciel, tout au long du cycle de création d’une application pick & place. Dans un premier temps, la cinématique des différents robots ainsi que leur environnement sont abordées. Dans un second temps, les stratégies de commande, permettant le travail individuel et collaboratif des robots, sont développées. En dernier lieu, le transfert du programme de la simulation à l'expérimentation est effectué de façon automatisée. A chaque étape, une phase de tests est initiée. Des tests comportementaux pour vérifier le fonctionnement des robots et leur interaction avec leur environnement sont effectués. Des essais en simulation des différents algorithmes sont réalisés suivant différentes configurations d'applications pick & place. Enfin, la comparaison entre les résultats obtenus en simulation et en expérimentation montre la pertinence de la démarche proposée. / This work belongs to the field of packaging. To best of our knowledge, in industrial and academic context, there are no digital tools that take into account all the steps of the development cycle to assist in the sizing and in the improvement of performance of multi-robots pick & place applications. The aim of these works is the development of a methodology usable, using a single software tool, throughout the creation cycle of a pick & place application. Firstly, kinematics of different robots and their environment are addressed. Secondly, control laws for individual and collaborative work of robots are developed. Finally, the transfer of the program from simulation to experimentation is carried out. At each step, a testing phase is initiated. Behavioral tests to check the robots operation and their interaction with their environment are performed. Simulation tests of the different algorithms are carried out according different configurations of pick & place application. Finally, a comparison between the result in simulation and in experimentation shows the relevance of the proposed approach.

Les vis à rouleaux convertissent la rotation en translation de manière très efficace et sont utilisées dans des nombreuses industries. Mais même s'il présente beaucoup d'avantages, le mécanisme reste complexe et relativement difficile à comprendre. Le principal but de cette thèse est de quantifier la puissance dissipée par les vis à rouleaux standard et inversées, qui est un résultat important pour toute étude liée à l'efficacité ou la distribution de température. De plus, il s'agit d'un critère de conception dans le choix de paramètres optimaux pour une certaine application. À cause des travaux peu nombreux en termes de recherche et des hypothèses restrictives faites dans la littérature courante, ce mémoire commence avec une analyse géométrique de base du mécanisme et envisage de généraliser les équations des surfaces filetées pour les différents types de profils et conditions de jeu. La position des points de contact peut ensuite être déduite avec un algorithme de type Newton-Raphson très rapide. Cette information est cruciale pour toute étude ultérieure de force. Après, les équations classiques de Hertz sont adaptées à des contacts peu conformes pour déterminer la forme, les dimensions et l'orientation des ellipses de contact rouleau-vis et rouleau-douille. Il est prouvé que les directions principales de courbure obtenues ici par géométrie différentielle sont différentes de celles supposées dans les précédents travaux de recherche. Ensuite, la cinématique du mécanisme est étudiée avec un modèle stationnaire, qui établit des liens entre les mouvements uniformes de tous les composants et permet de calculer d'une manière simplifiée le champ de vitesse de glissement en tout point de l'aire de contact. Le mouvement local apparaît comme une combinaison de spin et de glissement uniforme. Le modèle est calibré sur un seul degré de liberté qui prend la forme d'un quotient de glissement, qui dépend de conditions de lubrification et équations d'équilibre dynamique. Un banc expérimental est conçu pour mesurer ce quotient et permettre donc la comparaison avec des valeurs numériques, ainsi que les quelques modèles analytiques disponibles dans la littérature. Les résultats montrent que les mesures sont très proches des conditions de fonctionnement idéales, ce qui fait que les propriétés du lubrifiant et les coefficients de frottement deviennent les paramètres les plus influents dans le peu de marge disponible pour l'amélioration cinématique. Finalement, un modèle numérique en forces est développé et permet de calculer la puissance dissipée pendant l'équilibre stationnaire. L'algorithme itératif détermine d'abord le quotient de glissement atteint à l'équilibre et utilise ensuite le résultat pour déduire les autres variables cinématiques et dynamiques liées au calcul. Une étude paramétrique est réalisée dans le but d'identifier les facteurs importants pour l'efficacité et la puissance dissipée, ainsi que leur contribution relative. / Roller screws are highly efficient rotation-translation converters used in a variety of industries. Despite its numerous advantages, the mechanism remains complex and rather difficult to understand. The main goal of this thesis is to quantify the amount of power dissipated by standard and inverted roller screws, which is an important result for any study related to efficiency or temperature distribution. Furthermore, it is used as a design criterion in choosing optimal parameters for a given application. Due to the limited amount of available research and the restrictive assumptions made in current literature, this memoir starts with a basic geometric analysis of the mechanism and attempts to generalize threaded surface equations for different types of profiles and backlash conditions. The contact point locations can then be deduced using a very fast Newton-Raphson algorithm. This information is crucial for any subsequent force analysis. Classic Hertzian equations are then adapted to slightly conforming contacts in order to calculate the shape, size and orientation of the roller-screw and roller-nut contact ellipses. It is shown that the principal directions of curvature obtained here by differential geometry are different from the ones assumed by previous research. Next, the mechanism kinematics is investigated using a stationary model, which relates the steady-state movement of all the different components and allows a simplified calculation of the sliding velocity field at any point within the contact areas. The local motion proves to be a combination of spin and uniform sliding. The model is set to have only one degree of freedom in the form of a slip ratio, which depends on lubrication conditions and force balance equations. An experimental setup is designed to measure this ratio and thus allow comparison to numerical values, as well as the few analytical models available in the literature. Results show that measurements are very close to ideal operating conditions, which makes lubricant properties and friction coefficients the most influential parameters in the little room available for kinematic improvement. Finally, a numerical force model is developed, which calculates the power dissipated during the steady-state regime. The iterative algorithm first determines the value of the slip ratio reached during stationary equilibrium and then uses the result to deduce the other kinematic and dynamic unknowns involved. A parametric study is conducted to identify the important factors in efficiency and power dissipation, as well as their relative influence.

Ce travail de thèse Cifre, réalisé dans le cadre de la collaboration avec la société Elbi, porte sur la modélisation de la géométrie et de la cinématique du système vis à rouleaux. Ce travail analyse la cinématique et la géométrie du mécanisme de vis à rouleaux satellites (RSM) pour fournir une base fondamentale pour soutenir ses diverses applications. Un modèle 3D du système vis à rouleaux est développé. Un code numérique a été développé en fonction de la géométrie et la cinématique du système de vis à rouleaux. Le champ d’effort et le champ de pression en fonction des défauts de forme et de la géométrie sont obtenus dans ce travail. Ensuite, un modèle 3D du moment de frottement dans le contact entre les surfaces de la vis à rouleaux est développé. La vitesse de glissement et la force de frottement se produisant entre vis/rouleau et entre rouleau/écrou a été calculé conformément à la cinématique, la géométrie et les erreurs de forme. L’efficacité, les pertes par frottement et la durée de vie du mécanisme de la vis à rouleaux en fonction des défauts de forme, de la cinématique et de la géométrie sont obtenues. Ces résultats numériques montrent le rendement important du système de vis à rouleaux en fonction des défauts de forme (autour de 97%). Par ailleurs, une partie expérimentale a été faite sur un banc d’essais électromécanique en collaboration avec le laboratoire Ampère d’Insa de Lyon afin de comparer les résultats expérimentaux avec les résultats théoriques. Ces expériences nous permettent de découvrir plusieurs sources de pertes de frottement dans l’ensemble du banc d’essais, ce qui confirme le faible rendement obtenu expérimentalement (autour de 50 %) pour tout l’ensemble (vérin électromécanique, réducteur). Quelques optimisations ont été effectuées pour améliorer l’efficacité de l’ensemble. Mais il reste difficile de quantifier l’efficacité de système (vis-rouleaux-écrou) expérimentalement. Pour cela, des essais manuels effectués en utilisant le système vis à rouleaux seul confirme les résultats numériques. Une autre partie expérimentale (en utilisant les machines MTM et HFRR) a été faite afin d’obtenir l’influence du lubrifiant sur le coefficient de frottement. Quatre huiles de différentes caractéristiques ont été utilisées. Ces huiles ont été utilisées sur le banc d’essais, mais l’influence du lubrifiant sur le rendement de l’assemblage n’est pas obtenue à cause de la rugosité importante des surfaces de contact du système vis à rouleaux. / This PhD work, carried out in collaboration with the Elbi company concerns the modeling of the geometry and the kinematics of the roller screw system. This work analyzes the ki- VII Résumé nematics and the geometry of the planetary roller screw mechanism (RSM) to provide a fundamental basis to support its various applications. A 3D model of the roller screw system is developed. A numerical code has been developed as a function of the geometry and the kinematics of the roller screw system. The force and the contact pressure distribution as a function of form errors and geometry are obtained in this work. Then, a 3D model of the frictional moment was developed. The sliding speed and the frictional force (between screw/roller and roller/nut) was calculated as a function of the kinematics, the geometry and the form error. Efficiency, frictional losses and the lifetime of the roller screw mechanism as a function of the form errors, the kinematics and geometry are obtained. These numerical results show the high efficiency of the roller screw system (around 97 %). Furthermore, experiments were performed on an electromechanical bench in collaboration with the laboratory Ampére of INSA Lyon, to compare these results with theoretical predictions. These experiments reveal several sources of friction losses, which confirms the low efficiency obtained experimentally (around 50 %) for the complete system (electromechanical actuator and gearbox). Some optimizations have been made to improve the efficiency of the assembly. But it remains difficult to quantify the efficiency of the set (screw-roller-nut) experimentally because of the presence of many sources of friction. To attain this goal, manual tests using the single roller screw system confirm the numerical results. Furthermore, another experimental part (using the HFRR and MTM Machines) was carried out to obtain the influence of the lubricant on the friction coefficient. Four oils of different characteristics were used. These four oils were used on the test bench, but the influence of the lubricant on the performance of the system was not obtained due to the high roughness of the contact surfaces of the roller screw system.

L'une des tâches les plus difficiles de l'enseignement en chirurgie, consiste à expliquer aux étudiants quelles sont les amplitudes des forces et des couples à appliquer pour guider les instruments au cours d'une opération. Ce problème devient plus important dans le domaine de la chirurgie mini-invasive (MIS) où la perception de profondeur est perdue et le champ visuel est réduit. Pour cette raison, l'évaluation de l'habileté chirurgicale associée est devenue un point capital dans le processus d'apprentissage en médecine. Des problèmes évidents de subjectivité apparaissent dans la formation des médecins, selon l'instructeur. De nombreuses études et rapports de recherches concernent le développement de techniques automatisées d'évaluation du geste. La première partie du travail présenté dans cette thèse introduit une nouvelle méthode de classification de gestes médicaux 3D reposant sur des modèles cinématiques et biomécaniques. Celle-ci analyse de manière qualitative mais aussi quantitative les mouvements associés aux tâches effectuées. La classification du geste est réalisée en utilisant un paramétrage reposant sur la longueur d'arc pour calculer la courbure pour chaque trajectoire. Les avantages de cette approche sont l'indépendance du temps, un système de repérage absolu et la réduction du nombre de données. L'étude inclue l'analyse expérimentale de plusieurs gestes, obtenus avec plusieurs types de capteurs et réalisés par différents sujets. La deuxième partie de ce travail se concentre sur la classification reposant sur les données cinématiques et dynamiques. En premier lieu, une expression empirique, entre la géométrie du mouvement et les données cinématiques, sert à calculer une nouvelle variable appelée vitesse affine. Les expériences conduites dans ce travail de thèse montrent la nature constante de cette grandeur lorsque les gestes médicaux sont simples et identiques. Une dernière technique de classification a été implémentée en utilisant un calcul de l'énergie utilisée au cours de chaque segment du geste. Cette méthode a été validée expérimentalement en utilisant six caméras et un laparoscope instrumenté. La position 3-D de l'extrémité de l'effecteur a été enregistrée, pour plusieurs participants, en utilisant le logiciel OptiTrack Motive et des marqueurs réfléchissants montés sur le laparoscope. Les mesures de force et de couple, d'autre part, ont été acquises à l'aide des capteurs fixés sur l'outil et situés entre la pointe et la poignée de l'outil afin de capturer l'interaction entre le participant et le matériau manipulé. Les résultats expérimentaux présentent une bonne corrélation entre les valeurs de l'énergie et les compétences chirurgicales des participants impliqués dans ces expériences. / One of the most difficult tasks in surgical education is to teach students what is the optimal magnitude of forces and torques to guide the instrument during operation. This problem becomes even more relevant in the field of Mini Invasive Surgery (MIS), where the depth perception is lost and visual field is reduced. In this way, the evaluation of surgical skills involved in this field becomes in a critical point in the learning process. Nowadays, this assessment is performed by expert surgeons observation in different operating rooms, making evident subjectivity issues in the results depending on the trainer in charge of the task. Research works around the world have focused on the development of the automated evaluation techniques, that provide an objective feedback during the learning process. Therefore, first part of this thesis describe a new method of classification of 3D medical gestures based on biomechanical models (kinematics). This new approach analyses medical gestures based on the smoothness and quality of movements related to the tasks performed during the medical training. Thus, gesture classification is accomplished using an arc length parametrization to compute the curvature for each trajectory. The advantages of this approach are mainly oriented towards time and location independence and problem simplification. The study included several gestures that were performed repeatedly by different subjects; these data sets were acquired, also, with three different devices. Second part of this work is focused in a classification technique based on kinematic and dynamic data. In first place, an empirical expression between movement geometry and kinematic data is used to compute a different variable called the affine velocity. Experiments carried out in this work show the constant nature of this feature in basic medical gestures. In the same way, results proved an adequate classification based on this computation. Parameters found in previous experiments were taken into account to study movements more complex. Likewise, affine velocity was used to perform a segmentation of pick and release tasks, and the classification stage was completed using an energy computation, based on dynamic data, for each segment. Final experiments were performed using six video cameras and an instrumented laparoscope. The 3-D position of the end effector was recorded, for each participant, using the OptiTrack Motive Software and reflective markers mounted on the laparoscope. Force and torque measurements, on the other hand, were acquired using force and torque sensors attached to the instrument and located between the tool tip and the handle of the tool in order to capture the interaction between participant and the manipulated material. Results associated to these experiments present a correlation between the energy values and the surgical skills of the participants involved in these experiments.