La microrobotique est un domaine de recherche en croissance rapide et les microsystèmes sont très demandés par un large éventail de notre vie. Aujourd’hui, des solutions d'automatisation massive sont déjà disponibles pour la production en série des microsystèmes, tandis que la production de petites quantités s'appuie principalement sur des processus manuels en l'absence de système de micro-manipulation flexible. Un processus manuel impose des contraintes à la productivité et la précision, ce qui accroît les difficultés pour les petites et moyennes entreprises à conquérir leur place sur le marché international. Dans ce contexte, la société pionnière pour la microrobotique Percipio Robotics a proposé une plate-forme cobotique Chronogrip, qui vise à gérer la micro-manipulation flexible. Toutefois, la solution n'est pas encore complète et il y a trois principaux défis à résoudre :• la dynamique de l'actionneur piézo-électrique stick-slip n'est pas entièrement comprise, ce qui retarde le développement des stratégies de suivi de trajectoire;• les interfaces haptiques ont peu de bande passante en raison des propriétés mécaniques, par conséquent il n'y a aucune option disponible qui soit capable de reproduire des informations haptiques de haute dynamique depuis le micromonde;• pour la micro-manipulation à la pince dans l'horlogerie, aucune interface haptique existante n'est en mesure d'assurer un fonctionnement intuitif et efficace.L’objectif de la thèse consiste à répondre à ces trois défis. La première partie de la thèse est consacrée à l'élaboration d'un modèle dynamique non linéaire de l'actionneur piézo-électrique stick-slip. Le résultat montre qu'il est le premier modèle dynamique qui puisse décrire la dynamique de l'actionneur dans des domaines temporels et fréquentiels, pour les fonctionnements en sous-pas et en grand déplacement, et à la fois pour les directions vers l'avant et l’arrière. La deuxième partie de la thèse est consacrée à développer une méthode pour étendre la bande passante d’une interface haptique en double étage en utilisant la technique de signal crossover. Le résultat montre que la bande passante est uniformément étendue à 1 kHz, ce qui rend possible la reproduction des phénomènes de haute dynamique depuis le micromonde. La troisième partie de la thèse vise à concevoir une interface haptique intuitive dédiée aux opérations d’horlogerie à la pince. Le design est également compatible avec l'utilisation conventionnelle d’une pince. Il est prévu d'intégrer tous les résultats de ces trois sujets de recherches dans la plate-forme de cobotique Chronogrip afin d’améliorer la productivité et l'efficacité de la micro-manipulation. / Microrobotics is a fast growing field of research and microsystems are in high demand from across a wide spectrum of our life. Nowadays, mass automation solutions are already available for large batch production of microsystems, while small batch production mainly relies on handmade processes due to the lack of flexible micro-manipulation system. Handmade processes have limited productivity and accuracy, which makes it more and more difficult for small and medium-sized enterprises to conquer their place on the international market. Under such circumstances, pioneer microrobotics company Percipio Robotics has proposed a desktop cobotic platform, Chronogrip, which aims to handle flexible micro-manipulation. However, the solution is not yet complete and there are three main challenges to resolve:• the dynamics of the piezoelectric stick-slip actuator is not fully understood, which delays the development of trajectory tracking strategies;• existing haptic interfaces have limited bandwidth due to their mechanical properties, consequently there is no available option that is able to render high dynamic haptic information from the microworld;• for tweezers-based micro-manipulation in watchmaking process, no existing haptic interface is able to provide intuitive and effective operation.The objective of thesis is to address these three issues. The first part of the thesis is dedicated to the development of nonlinear dynamic model of the piezoelectric stick-slip actuator. The result shows that it is the first dynamic model which can describe the actuator dynamics in time and frequency domain, for stepping and scanning mode, and for both forward and backward motion. The second part of the thesis is devoted to develop a method to extend the bandwidth of dual-stage haptic interface by using the signal crossover technique. The result shows that the bandwidth is uniformly extended to 1 kHz, which makes it possible to reproduce high dynamic phenomena from the microworld. The third part of the thesis aims to design an intuitive haptic interface for tweezers-based watchmaking operations. The design is also compatible with conventional tweezers-based usage. It is expected to integrate all of the three research results into the cobotic platform Chronogrip to enhance the productivity and effectiveness of micro-manipulation.

L’objectif de cette thèse est de mieux comprendre comment les enfants déficients visuels (DV) appréhendent les images tactiles qui illustrent les livres qui leur sont destinés. Notre travail est organisé autour de deux axes de réflexion. Le premier axe se concentre sur l’enfant qui explore des images tactiles, alors que le second axe se focalise sur l’impact des propriétés de ces images sur le traitement haptique des enfants. Nos travaux ont porté sur des enfants atteints de différents degrés de handicap visuel mais sans troubles associés (en particulier, sans retard cognitif), en distinguant les enfants aveugles précoces des enfants malvoyants. Nous avons également comparé leurs performances à celles d’enfants voyants de mêmes âges. Les résultats obtenus montrent que l’expérience perceptive des enfants en fonction de leur degré de handicap visuel impacte fortement la compréhension de l’image explorée tactilement. Les capacités de conceptualisation (accès aux dimensions perceptives et sémantiques de l’image) sont différentes, tout comme les mouvements d’exploration mis en œuvre pour accéder à une bonne compréhension. Nous montrons également que les dimensions spatio-temporelles des explorations (temps, quantité d’exploration, appréhension de l’espace) sont déterminantes pour reconnaitre ce qui est représenté par l’image, et que ces dimensions varient, à nouveau, en fonction du degré de handicap visuel. D’un point de vue fondamental, nous apportons des données concernant les spécificités du système perceptif haptique des enfants DV. D’un point de vue appliqué, nos travaux permettent de proposer des consignes pratiques relatives à la conception d’albums et des conseils pédagogiques concernant l’éducation au toucher à proposer à ces enfants. / The present PhD aims at understanding how Visual Impaired (VI) children process the tactile pictures that illustrate the tactile books specially designed for them. Our work is organized around two main axes of analysis. The first axis concentrates on the child who explores the tactile images, while the second axis focuses on the impact that the properties of these images can have on children’s haptic processing. Our researches included children presenting various degrees of visual impairment but without any associated disorders (in particular, without any cognitive delay), distinguishing early blind children from children with low vision. We also compared their performance with those of sighted children of similar ages. The results showed that children’s perceptive experience, varying according to their degree of visual handicap, strongly impacted their understanding of the tactually explored pictures. Their capacities of conceptualization (access to the perceptive and semantic dimensions of the pictures) were different, just like their movements of exploration carried out to attain a good understanding of the images. We also showed that some properties of the children’s explorations (duration, quantity of exploration, space apprehension) were directly related to the way the children interpreted what was represented in the pictures. Again, these spatiotemporal features varied as a function of the degree of visual handicap. From a fundamental point of view, we provided interesting information concerning the specificities of the haptic perceptive system of the VI children. From an applied point of view, our work enabled to elaborate practical instructions relative to the design of tactile albums and educational advices concerning the education of touch to be proposed to these children.

Notre système visuo-haptique est sollicité dès que nous voulons interagir avec notre environnement extérieur, à l'aide de nos bras. Il existe un couplage entre la modalité visuelle et la modalité haptique, de sorte que le système nerveux central se base sur la fiabilité et la précision de chacune des deux modalités, afin de pondérer leurs influences dans l'intégration visuo-haptique. Il y a ainsi un rééquilibrage du poids de chaque modalité en fonction du contexte de sollicitation du système visuo-haptique. Habituellement, les études psychophysiques mettent en œuvre des tâches, courtes et répétées, d'estimation de grandeur ou de comparaison, avec ou sans conflit sensoriel, pour comprendre les mécanismes qui régissent le couplage visuo-haptique. Dans notre contexte appliqué, cette méthode est exclue car nous devons conserver le caractère écologique de la conduite. Il a donc fallu trouver des indicateurs, représentatif de chaque tâche expérimentale, permettant de mesurer la performance des sujets. Dans nos expérimentations, nous observons une forte plasticité du système nerveux central, capable, dans une certaine limite, de modifier le couplage visuo-haptique, pour s'adapter à un conflit, un bruit ou gain sur l'une ou l'autre des modalités. Il est également possible à travers ces études de percevoir la forte valeur ajoutée de la modalité haptique dans des applications liées à l'industrie automobile.

Afin de répondre à la problématique de la sécurité lors des interactions humain-robot, le Laboratoire IntRoLab de la Faculté de génie à l'Université de Sherbrooke a développé un actionneur basé sur l'agencement d'un système mécanique à double différentiel et de deux freins magnétorhéologiques. Ce nouvel actionneur a été baptisé ADDR pour Actionneur Double Différentiel Rhéologique. Contrairement aux actionneurs classiques, l'ADDR n'est pas conçu pour être simplement contrôlé en position, mais il offre la possibilité d'être contrôlé en couple indépendamment de sa vitesse de rotation. Cela, ainsi que sa faible inertie de sortie, lui confère une grande sécurité lors de ses déplacements, même dans des environnements inconnus ou dynamiques. Ce mémoire présente la mise au point de l'électronique embarquée de contrôle de l'ADDR lui permettant d'interagir de façon sécuritaire avec des humains. Une première carte électronique est réalisée pour démontrer la faisabilité de contrôle de ce nouvel actionneur et caractériser ses performances. Le contrôle d'interaction étudié est le contrôle d'impédance par lequel un actionneur cherche à reproduire la réponse dynamique d'un système mécanique réel connu. Par la suite, l'électronique de contrôle est revue et miniaturisée afin d'être intégrée à l'intérieur même de l'ADDR. La large bande passante en couple mesurée permet de conclure que l'ADDR est tout à fait approprié pour être utilisé pour des interactions humain-robot par le biais du contrôle d'impédance. De plus, la réalisation d'une interface haptique qui ajoute un retour d'informations visuelles à l'utilisateur améliore la sensation de toucher de la dynamique du système mécanique simulé. Dans l'avenir, il serait intéressant d'utiliser plusieurs ADDR et leur contrôle d'impédance pour la conception d'un système mécanique tel qu'un bras robotique. Ainsi, les interactions humain-robot pourraient être plus complexes tout en apportant une très grande sécurité par rapport au même bras robotique réalisé à partir d'actionneurs classiques.

Ce travail a comme objectif l'amélioration et l'extension de l'application des systèmes de réalité virtuelle en retour haptique dans le cadre d'un travail collaboratif à distance induisant par conséquent des retards de transmission. Les développements des lois de commande présentées dans ce document font partie de celles améliorant les schémas de commande bilatérale classiques. Sous cette bannière, on trouve deux catégories de commande : passives, comme celles basées sur les variables d'onde où prédictives, en se basant sur l'estimation du modèle de l'esclave.

Le but de cette thèse est de montrer qu'une théorie de la perception ne peut pas facilement renoncer au concept d'illusion sans risquer de perdre une partie de son pouvoir d'explication.<br />Le problème de l'opportunité ou moins de renoncer au concept d'illusion surgit du fait de l'existence de critiques fortes contre la notion d'illusion de la part de certaines approches directe à la perception.<br />Cependant, le concept d'illusion n'est pas nécessairement dépendant des approches indirectes à la perception et une caractérisation des illusions peut être produite sans faire recours à des concepts (comme celui d'inférence cognitive) qui sont propres des approches indirectes.<br />La caractérisation de la notion d'illusion qui est proposée ici se base sur certaines caractéristiques de l'expérience avec des phénomènes d'illusion : l'existence d'une violation de la cohérence qui avise le sujet de la présence d'une erreur quelque part, la robustesse de l'expérience illusoire (comme systématicité intrasubjective et intersubjective et comme résistance au savoir), et la présence d'une réaction de surprise.<br />La description d'un groupe de phénomènes perceptifs illusoires qui sont caractérisés par violation de la cohérence, robustesse et surprise enrichit les études sur la perception d'un instrument utile pour l'acquisition d'un meilleur accès aux mécanismes de la perception. Parmi ces mécanismes on peut inclure ceux qui participent aux réactions du système perceptif aux violations de la cohérence et la nature des expectatives perceptives. L'étude de certaines illusions est aussi utile pour investiguer le rôle du mouvement dans la perception, et en particulier la façon dont les habitudes et les capacités motrices façonnent le contenu perceptif.<br />La notion d'illusion présente donc une valeur heuristique aussi en ce qui concerne les approches à la perception (comme l'approche sensorimoteur et l'approche écologique) qui sont critiques envers la caractérisation classique de la notion d'illusion.<br />Une fois que la notion d'illusion a été caractérisée, le rôle des phénomènes d'illusion dans le fonctionnement cognitif peut mieux être compris. C'est en rapport avec les notions de cohérence et de violation de la cohérence que les illusions jouent leur rôle dans le fonctionnement cognitif. La conscience d'être victime d'une illusion avise le sujet de la présence d'une erreur quelque part (valeur épistémique de la conscience des illusions) en l'avertissant de l'existence d'une violation de la cohérence qui semble avoir <br />une valeur adaptative négative.

Cette thèse a pour objectif d'évaluer si le transfert des informations sur la forme entre le toucher et la vision se fait adéquatement chez des enfants présentant des troubles du langage oral (dysphasiques) ou écrit (dyslexiques) ou des troubles praxiques (dyspraxiques). Dans une première étude, nous avons effectué une évaluation neuropsychologique afin de préciser à quel niveau de traitement des informations se situent les éventuelles difficultés. Cette étude montre des troubles de mémoire de travail auditivoverbale dans les trois pathologies. Plus spécifiquement, des troubles de traitement séquentiel chez les enfants dyslexiques, des troubles du langage oral expressif, et des troubles visuo-constructifs chez les enfants dysphasiques, et des troubles praxiques gestuels, visuo-perceptifs, visuo-constructifs, ainsi qu'une faible mémoire spatiale chez les enfants dyspraxiques. Dans une deuxième étude, nous avons évalué un groupe d'enfant tout-venant âgé de 4 à 8 ans. Les résultats montrent une évolution des capacités de transfert intramodal T-T et intermodal T-V et V-T de 4 à 8 ans avec des performances presque parfaites dés 5 ans pour des formes géométriques simples et des performances évoluant nettement vers 6-7 ans pour des formes composites orientées. La dernière étude évalue les capacités de transfert dans les troubles des apprentissages. Elle montre des capacités d'intégration sensorielle entre le toucher et la vision efficience mais limitée et ralentit par les troubles cognitifs de chaque pathologie.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Contrairement à la capture tactile multi digitale déjà largement répandue, il n'existe pas de solution superposable à un écran permettant l'affichage localisé d'informations perceptibles au toucher. On propose dans ce travail de thèse une approche basée sur la focalisation d'ondes de flexion dans une plaque mince. Cette focalisation, obtenue suivant le procédé de retournement temporel, permet de produire une stimulation tactile localisée en un ou plusieurs points d'une plaque transparente à partir d'un ensemble d'actionneurs situés sur son contour. Le dimensionnement de l'interface s'appuie en premier lieu sur l'étude du contraste de focalisation et sa sensibilité à la température. D'autres critères de dimensionnement sont étudiés tels que les résolutions spatiale et temporelle, la fréquence de répétition de la focalisation, le bilan énergétique ou le bruit audible généré. Le retournement temporel synthétique, permettant la focalisation en tout point de la surface à partir d'un apprentissage en un ensemble fini de points du contour est adapté au cas des plaques minces. Un démonstrateur est assemblé et caractérisé. On obtient sur une plaque d'épaisseur 0.5 mm un déplacement au point de focalisation jusqu'à 7 µm, pour une tache de focalisation d'un diamètre de 5 mm. La focalisation simultanée en plusieurs points est également obtenue expérimentalement. On propose finalement un modèle pour la prise en compte de la perturbation de la focalisation par le contact avec un ou plusieurs doigts. Une étude de perception montrant la possibilité de détecter et de discriminer le stimulus tactile produit conclue ce travail. / The sense of touch is an effective and yet underused interaction modality for human computer communication. As opposed to multitouch tactile screens already available, there is no solution able to provide a localized tactile stimulation on a transparent surface. This work introduces a novel approach for tactile feedback based on the focusing of flexural waves produced by a set of transducers located on sides of a thin plate. This focusing, allowed by the time reversal technique, produces a tactile stimulation localised in one or several points of a transparent surface. Design of the tactile interface relies of the study of focusing contrast and its thermal drift as well as temporal and spatial resolution, focusing refresh rate, energy balance and audible noise production. Synthetic time reversal, allowing the focusing at any point of the plate from the acquisition of impulse responses at a set of contour points is also introduced. A mock up device has been built and caracterised. A displacement up to 7 µm and a focal spot size about 5 mm on a 0.5 mm thick glass plate. Simultaneous focusing in multiple points is also achieved. A model describing the perturbation induced by the contact of one or many fingers with the plate is developped. A perceptual study finally demonstrates the possibility to detect and discriminate the stimulation produced by the focusing. The measured uncoupling of finger pulp and surface displacements at the focusing point could explain this detection.