Inaug. _ Diss.: Rechts-und wirtschaftswissenschaftliche Fakultat: Bern: 1976. Bibliogr p. 193-204.

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Les systèmes de robotique sociale sont de plus en plus présents dans nos vies. Ce ne sont plus des entités isolées, mais on s'attend à ce qu'ils soient capables d'interagir et de communiquer avec les humains. Ils doivent respecter les normes comportementales attendues par les humains avec qui les systèmes robotiques sont en interaction.L'une des principales pistes de recherche dans le domaine de la robotique sociale est représentée par la conception d'une interaction naturelle entre un robot social et un individu. Plus spécifiquement, cette interaction devrait prendre en considération le profil de l'individu, l'état émotionnel, l'état physiologique et l'humeur, entre autres.Dans cette thèse, nous explorons la relation qui existe entre l'échelle de typologie circadienne, la performance cognitive et l'état physiologique au cours de différents scénarios d'interaction homme-robot. L'administration de différents questionnaires psychologiques permet de déterminer le profil d'un individu. En outre, à l’aide de différents capteurs (par exemple, GSR, caméra thermique), de multiples méthodologies ont été développées pour déterminer l’état physiologique d’un individu. Plus spécifiquement, la variation de la température faciale, le clignotement des yeux et la réponse galvanique de la peau ont été étudiés.Plusieurs scénarios d'interaction homme-robot ont été conçus afin de tester le système développé. L'impact de l'empathie a également été étudié. En outre, le système développé a été testé avec succès dans deux environnements réels, avec deux populations vulnérables. La première application d'assistance est représentée par le projet de recherche EU H2020 ENRICHME, dans lequel un robot a été développé pour les personnes âgées atteintes d'un trouble cognitif léger. La deuxième population vulnérable est constituée d'individus souffrant de différents troubles du sommeil.Nous pensons que cette thèse représente une étape importante dans la compréhension de l'état physiologique de l'individu et est liée à la performance cognitive. / Social robotic systems are more and more present in our everyday lives. They are no longer isolated entities, but instead, they are expected to be capable of interacting and communicating with humans. They have to follow the behavioral norms that are expected by the individuals the robotic systems are interacting with.One of the main research directions in the field of social robotics is represented by the design of a natural interaction between a social robot and an individual. More specifically, this interaction should take into consideration the profile of the individual, the emotional state, the physiological internal state, and the mood, among others.In this thesis it is explored the relationship that exists between morningness-eveningness, cognitive performance, and the internal physiological state during different human-robot interaction scenarios. By administering different psychological questionnaires, the profile of an individual can be determined. Moreover, with the help of different sensors (e.g., GSR, thermal camera), multiple methodologies were developed to determine the internal physiological state of an individual. More specifically, the facial temperature variation, the blinking, and the galvanic skin response were investigated.Several human-robot interaction scenarios have been designed in order to test the developed system. The impact of empathy was also investigated. Furthermore, the developed system was successfully tested in two real-world environments, with two vulnerable populations. The first assistive application is represented by the ENRICHME EU H2020 research project, where a personal robot was developed for the elderly with mild cognitive impairment. The second vulnerable population consists of individuals suffering from different sleep disorders.We believe that this thesis represents an important step in understanding how the physiological internal state of an individual is related to cognitive performance, and to the user profile of that individual.

Le nombre croissant de personnes âgées dans le monde exige de relever de nouveaux défis sociétaux, notamment en termes de services d'aide et de soins de santé. Avec les récents progrès technologiques, la robotique apparaît comme une solution prometteuse pour développer des systèmes visant à faciliter et améliorer les conditions de vie de cette population. Cette thèse vise la proposition et la validation d'une approche de commande robuste et référencée intention d'une orthèse active, destinée à assister des mouvements de flexion/extension du genou pour des personnes souffrant de pathologies de cette articulation. La commande par modes glissants d'ordre 2 que nous proposons permet de prendre en compte les non-linéarités ainsi que les incertitudes paramétriques résultant de la dynamique du système équivalent orthèse-membre inférieur. Elle permet également de garantir d'une part, un bon suivi de la trajectoire désirée imposée par le thérapeute ou par le sujet lui-même, et d'autre part, une bonne robustesse vis-à-vis des perturbations externes pouvant se produire lors des mouvements de flexion/extension. Dans cette thèse, nous proposons également un modèle neuronal de type Perceptron Multi-Couches pour l'estimation de l'intention du sujet à partir de la mesure des signaux EMG caractérisant les activités musculaires volontaires du groupe musculaire quadriceps. Cette approche permet de s'affranchir d'un modèle d'activation et de contraction musculaire complexe. L'ensemble des travaux a été validé expérimentalement avec la participation volontaire de plusieurs sujets valides / The increasing number of elderly in the world reveals today new societal challenges, particularly in terms of healthcare and assistance services. With recent advances in technology, robotics appears as a promising solution to develop systems that improve the living conditions of this aging population. This thesis aims at proposing and validating an approach for robust control of an active orthosis, based on the subject intention. This orthosis is designed to assist flexion/ extension movements of the knee for people suffering from knee joint deficiencies. The proposed second order sliding mode control allows to take into account the nonlinearities and parametric uncertainties resulting from the dynamics of the equivalent lower limb-orthosis system. It also ensures on one hand, a good tracking performance of the desired trajectory imposed by the therapist or the subject itself, and on the second hand, a satisfactory robustness with respect to external disturbances that may occur during flexion and extension of the knee joint. In this thesis, a neural model based on Multi-Layer Perceptron is used to estimate the subject's intention from the measurement of the EMG signals characterizing the voluntary activities of the quadriceps muscle group. This approach overcomes the complex modeling of the muscular activation and contraction dynamics. All the proposed approaches in this thesis have been validated experimentally with the voluntary participation of several healthy subjects

Les orthèses cognitives peuvent améliorer l'autonomie des traumatisés craniocérébraux (TCC) sévères, tout en intégrant en continu le processus de réadaptation cognitive aux AIVQ au sein de leur domicile. Dans une démarche de conception participative interdisciplinaire, nos travaux ont permis de passer de la pratique des ergothérapeutes à la spécification formelle de plans d'intervention et à l'implémentation de cette pratique dans des orthèses cognitives. Dans cette thèse, une approche reposant sur les personae illustre d'abord les dysfonctionnements chez les TCC, leurs besoins d'assistance, ainsi que les besoins de leurs aidants. Ensuite, deux modèles sont élaborés. Le premier « Gestion dynamique de la réadaptation cognitive » s'intéresse en particulier au choix, à l'adaptation et à l'application d'interventions cognitives fondées sur les données probantes. Le second modèle « Assistance préventive » permet, en situation de danger potentiel, d'assister un TCC de manière progressive et adaptée pour écarter ce danger. Ces modèles sont utilisés de deux manières. D'une part, leur implémentation sous forme d'ontologie OWL illustre comment l'assistance peut être rendue sensible au contexte, dynamique et personnalisée. D'autre part, ils guident la conception et l'implémentation de COOK, une orthèse cognitive pour la préparation de repas, et d'un système de sécurité autonome (SSA) dédié à la prévention et à la sécurité des TCC lors de la préparation de repas. Finalement, une architecture logicielle pour la construction d'orthèses cognitives et dérivée.COOK et SSA ont été déployés au sein d'une résidence pour TCC. Trois résidents peuvent maintenant cuisiner de manière autonome. / Severe traumatic Brain Injury (TBI) is considered a public health problem. ; Indeed, severe TBI causes significant cognitive, emotional and behavioral repercussions that impact the lives of these individuals, particularly their independence in Instrumental Activities of Daily Living (IADLs). Individuals who have experienced severe TBI frequently return to live in their homes despite the severe difficulties associated with their condition, though the need for assistance to perform IADLs frequently persists. The objective of this thesis is to design, represent, formalize and implement a context-aware and adaptive structure of cognitive assistance. This assistance is created according to the general needs of individuals with severe TBI for IADL performance. The proposed assistance will promote their independence to perform IADL in a home environment. The design of this cognitive assistance technology involves an interdisciplinary collaboration between occupational therapy and computer science, to evolve from the assistance provided by the clinicians to a formal computer science formulation and implementation. This design is based on a participative design approach that mainly involves TBI residents of a smart alternative housing unit.A prototype of a cognitive orthotic for meal preparation (COOK) was created and deployed within an alternative housing unit. Implementation of this cognitive orthotic lifted the prohibition on use of a stove for meal preparation that had previously been place on their residents. By allowing these residents to cook independently, COOK has contributed to helping them become more independent in cooking and more confident in their ability to do so.

Le nombre croissant de personnes âgées dans le monde exige de relever de nouveaux défis sociétaux, notamment en termes de services d'aide et de soins de santé. Avec les récents progrès technologiques, la robotique apparaît comme une solution prometteuse pour développer des systèmes visant à faciliter et améliorer les conditions de vie de cette population. Cette thèse vise la proposition et la validation d'une approche de commande robuste et référencée intention d'une orthèse active, destinée à assister des mouvements de flexion/extension du genou pour des personnes souffrant de pathologies de cette articulation. La commande par modes glissants d'ordre 2 que nous proposons permet de prendre en compte les non-linéarités ainsi que les incertitudes paramétriques résultant de la dynamique du système équivalent orthèse-membre inférieur. Elle permet également de garantir d'une part, un bon suivi de la trajectoire désirée imposée par le thérapeute ou par le sujet lui-même, et d'autre part, une bonne robustesse vis-à-vis des perturbations externes pouvant se produire lors des mouvements de flexion/extension. Dans cette thèse, nous proposons également un modèle neuronal de type Perceptron Multi-Couches pour l'estimation de l'intention du sujet à partir de la mesure des signaux EMG caractérisant les activités musculaires volontaires du groupe musculaire quadriceps. Cette approche permet de s'affranchir d'un modèle d'activation et de contraction musculaire complexe. L'ensemble des travaux a été validé expérimentalement avec la participation volontaire de plusieurs sujets valides

Ce travail s'inscrit dans le cadre de la conception et réalisation d'un robot d'assistance à la personne. Dans cette thèse, nous nous intéressons particulièrement à la conception, à la modélisation et à la commande d'un robot manipulateur mobile. La conception mécanique couplée à un outil de simulation dynamique multi-corps nous a permis d'obtenir un modèle virtuel très réaliste. Le modèle cinématique du système a été obtenu en utilisant la méthode D-H modifiée. L'approche Bond graph et la méthode de Lagrange ont permis de construire le modèle dynamique. Un algorithme hybride qui combine la pseudoinverse du jacobien et la méthode RRT a été proposé pour la planification de mouvement d'un manipulateur redondant et rechercher de configurations continues, stables et sans collision. Un contrôleur basé sur les réseaux de neurones a été introduit pour la commande coordonnée d'un manipulateur mobile. Cette méthode ne nécessite pas un modèle précis du robot. Les paramètres inconnus sont identifiés et compensés en utilisant des réseaux de neurones RBF. Un algorithme de contrôle similaire est présenté pour la commande force/position d'un manipulateur mobile qui est soumis à des contraintes holonomes et nonholonomes. L'étude de la main robotique a été effectuée séparément avant d'être couplée au reste du système. Les modèles cinématique et dynamique du système main-objet ont été obtenus en utilisant les approches mathématiques et bond graph. Un algorithme est proposé afin d'assurer une prise ferme, éviter les dérapages et suivre les mouvements désirés. Les validations des modèles et des différentes lois de commande ont été effectuées grâce à la co-simulation Matlab/modèle virtuel

Le diagnostic du cancer du sein est une activité humaine qui dépend du contexte dans lequel il est réalisé. Ce contexte se traduit par l'existence de très nombreux éléments qui rend l'automatisation de cette activité impossible. Depuis quelques années, la numérisation des lames (support de raisonnement) a incité les pathologistes à passer à l'analyse d'image de lames à l'écran. Cette migration a offre la possibilité d'une procéduralisation au moins partielle de leurs méthodes d'analyse. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'activité d'analyse d'une image de lame par un pathologiste qui est modélisée dans le formalisme des graphes contextuels dans le but de proposer une solution permettant d'assister les pathologistes dans leurs diagnostics. Notre Consultant fait partie des Systèmes d'Assistance Intelligents basés sur le Contexte. L'outil principal du Consultant est basé sur la Simulation à partir de pratiques expertes décrites dans un graphe contextuel. En partant d'une image que le pathologiste doit analyser, le simulateur va développer une pratique qui est la plus adaptée au contexte de travail. Le résultat de la simulation va donc être la pratique résultante et toutes les informations sur la manière dont cette pratique a été obtenue. Le consultant propose alors à l'utilisateur une visualisation des résultats des simulations réalisées permettant de les analyser et de les comparer.

La croissance du trafic aérien a rendu critique l'opération de la gestion des plateformes aéroportuaires. Celle-ci fait appel à de nombreux acteurs (autorités aéroportuaires, compagnies aériennes, contrôle du trafic aérien, prestataires de services, ...). Le concept d'Airport Collaborative Decision Making (A-CDM) développé depuis une dizaine d'années est basé sur un partage d'informations opérationnelles en temps réel entre les différents acteurs de la plate-forme, permettant de prendre des décisions en commun pour rechercher une utilisation optimale, en toutes conditions, des capacités de l'aéroport. L'objectif principal de cette thèse est de contribuer à l'organisation de la gestion des opérations d'escale dans une plateforme aéroportuaire. Il s'agit de proposer une structure d'organisation de cette opération qui soit compatible avec l'approche A-CDM. La structure proposée introduit un coordinateur des opérations d'escale (GHC) qui joue le rôle d'interface de communication entre les partenaires de l'A-CDM et les différents gestionnaires des opérations d'escale (GHM). Cette structure hiérarchique permet d'une part de partager des informations avec les partenaires de l'A-CDM et d'autre part d'interagir avec les gestionnaires des opérations d'escale (GHM). Les processus de prise de décision basés sur des heuristiques ont été développés à chaque niveau de l'organisation proposée et sont évalués aussi bien dans le cas de conditions nominales que dans le cas de la présence de perturbations majeures

Cette thèse en informatique se situe dans le domaine des Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain (EIAH). Dans ce cadre, nous avons abordé la question de la personnalisation de l'apprentissage. Nos travaux de recherche consistaient à identifier un processus qui permette à la fois de personnaliser des séances de travail sur papier et des séances de travail sur des logiciels pédagogiques. Nous souhaitions que ce processus permette de prendre en compte les spécificités de chaque apprenant en s'appuyant sur son profil, mais qu'il prenne également en compte les buts et les habitudes pédagogiques des enseignants. Enfin, nous souhaitions que ce processus soit implémentable dans un système externe aux logiciels à personnaliser. Notre problématique s'est donc décomposée en trois points : comment exploiter les profils d'apprenants pour prendre en compte les individualités des apprenants ? Comment adapter une activité pour prendre en compte les besoins et habitudes pédagogiques d'un enseignant ? Et enfin, comment attribuer une activité à un apprenant ? Pour répondre au premier point, nous avons proposé le modèle cPMDL. Ce complément du langage de modélisation des profils PMDL permet de contraindre les profils des apprenants afin de sélectionner ceux ayant les caractéristiques requises par les contraintes. cPMDL nous permet donc d'exploiter les informations contenues dans les profils au sein du processus de personnalisation. Pour répondre au deuxième point, nous avons proposé l'approche GEPPETO. Cette approche s'appuie sur des modèles et des processus génériques permettant d'adapter les activités en fonction des intentions pédagogiques des enseignants grâce à la définition de contraintes sur les activités. Nous avons décliné cette approche pour permettre l'adaptation des activités papier (GEPPETOP), ainsi que pour l'adaptation des activités logicielles et de la configuration des environnements qui les supportent (GEPPETOS). Pour répondre au troisième point, nous avons proposé le modèle PERSUA2 qui permet de lier les contraintes sur profils de cPMDL aux contraintes sur activités de GEPPETO. Ces liens, nommés règles d'affectation, sont ensuite hiérarchisés selon leur degré de priorité pour former une stratégie pédagogique qui sera associée { un ou plusieurs contextes d'utilisation. Nous avons mis en oeuvre ces différentes contributions théoriques dans Adapte, un module de l'environnement informatique du projet PERLEA. Le rôle de cet environnement est d'assister l'enseignant dans la gestion de profils créés par l'enseignant lui-même ou issus de logiciels pédagogiques. Adapte est l'une des exploitations possibles des profils : le module réalisé permet de fournir à chaque apprenant des activités adaptées à son profil tout en respectant les choix pédagogiques de son enseignant. Ces activités peuvent être des activités papier proposées par le système ou des activités logicielles personnalisées par Adapte, mais effectuées dans un autre EIAH. Ce module, pleinement opérationnel, a montré la faisabilité technique de nos contributions théoriques et nous a permis de conduire des mises à l'essai auprès d'enseignants