Trans Cinema and its Exit Scapes offers a critical and creative intervention into cultural representations of gendered body dissidence in contemporary film. The study argues for the possibility of finding spaces of “disidentification”, so-called “exit scapes” within the films. Exit scapes disrupt the dominant cinematic regime set up for the trans character, which ties them into stories of discrimination, humiliation and violence. In Trans Cinema, for instance films such as Hedwig and the Angry Inch (2001), Transamerica (2005), Romeos (2011) and Laurence Anyways (2012), scenes of singing, dancing and dreaming allow a different form of engagement with the films. As argued here, they allow a critical re-reading and an affirmative re-imagining of trans embodiment. The aim of this study is to investigate the utopian and hopeful potential within Trans Cinema from a critical transfeminist perspective. While focusing in particular on trans entrants as “spectators” or readers, this study draws on the work of a wide range of feminist and cultural scholars, such as Sara Ahmed, Susan Stryker, José Esteban Muñoz, Trinh T. Minh-Ha, Karen Barad and Donna Haraway. The thesis etches out cinematic spatiotemporalities that unfold possibilities of utopian worlding and trans becoming through a set of conceptual innovations. By utilising a critical approach to audio-visuality and feminist film theory, the thesis re-conceptualises haptic spectatorship theory and its critique in western modernist ocularcentricism through a set of conceptual innovations. The methodological tools developed in this thesis, such as the “entrant”, the “exit scape” and “sensible cinematic intra-activity”, feature here as a multisensorial methodology for transdisciplinary transgender studies and feminist film theory as well as visual culture at large. / Trans Cinema and its Exit Scapes är en kritisk och kreativ intervention med fokus på kulturella representationer av kroppar som bryter mot en könsbinär ordning i samtida film. Studien argumenterar för möjligheten att hitta utrymmen för “disidentification”, så kallade “exit scapes” inom filmerna. Exit scapes stör den dominanta filmiska ordning som skapats för transkaraktären, en ordning som är förbunden med berättelser om diskriminering, förödmjukelse och våld. Inom Trans Cinema, i filmer som exempelvis Hedwig and the Angry Inch (2001), Transamerica (2005), Romeos (2011) and Laurence Anyways (2012), öppnar scener med sång, dans och drömmar upp för andra former av engagemang med filmerna. Som det argumenteras för i avhandlingen tillåter dessa ett kritiskt omformulerande av, och ett nytt affirmativt sätt att föreställa sig, transkroppslighet. Syftet med den här studien är att undersöka den utopiska och hoppfulla potential som finns inom transfilm utifrån ett kritiskt transfeministiskt perspektiv. Även om studien främst riktar sig till trans entrants som “åskådare” eller läsare, så har den en bred teoretisk bas hämtad från verk av en lång rad feministiska forskare inom kulturfältet, såsom Sara Ahmed, Susan Stryker, José Esteban Muñoz, Trinh T. Minh-Ha, Karen Barad och Donna Haraway. Denna avhandling skissar filmiska spatiotemporaliteter, vilka öppnar för möjligheter av utopiska värdsliga och transsubjektiva tillblivelser genom utvecklandet av olika teoretiska begrepp. Genom ett kritiskt förhållningssätt till audiovisualitet och feministisk filmteori, revideras och omformuleras haptisk åskådarskapsteori och dess kritik i en västerländsk okularcentrism genom olika teoretiska innovationer. De metodologiska verktygen som utvecklas i avhandlingen, såsom “the entrant”, “the exit scape” samt “sensible cinematic intra-activity” utgör här funktionen som multisensorisk metodologi för transdisciplinära transstudier, feministisk filmteori samt för visuell kultur i stort.

This dissertation presents research in the development and use of a multi-modal visual and haptic virtual model in higher education. The model, named Chemical Force Feedback (CFF), represents molecular recognition through the example of protein-ligand docking, and enables students to simultaneously see and feel representations of the protein and ligand molecules and their force interactions. The research efforts have been divided between educational research aspects and development of haptic feedback techniques. The CFF model was evaluated in situ through multiple data-collections in a university course on molecular interactions. To isolate possible influences of haptics on learning, half of the students ran CFF with haptics, and the others used the equipment with force feedback disabled. Pre- and post-tests showed a significant learning gain for all students. A particular influence of haptics was found on students reasoning, discovered through an open-ended written probe where students' responses contained elaborate descriptions of the molecular recognition process. Students' interactions with the system were analyzed using customized information visualization tools. Analysis revealed differences between the groups, for example, in their use of visual representations on offer, and in how they moved the ligand molecule. Differences in representational and interactive behaviours showed relationships with aspects of the learning outcomes. The CFF model was improved in an iterative evaluation and development process. A focus was placed on force model design, where one significant challenge was in conveying information from data with large force differences, ranging from very weak interactions to extreme forces generated when atoms collide. Therefore, a History Dependent Transfer Function (HDTF) was designed which adapts the translation of forces derived from the data to output forces according to the properties of the recently derived forces. Evaluation revealed that the HDTF improves the ability to haptically detect features in volumetric data with large force ranges. To further enable force models with high fidelity, an investigation was conducted to determine the perceptual Just Noticeable Difference (JND) in force for detection of interfaces between features in volumetric data. Results showed that JNDs vary depending on the magnitude of the forces in the volume and depending on where in the workspace the data is presented.

Trans Cinema and its Exit Scapes offers a critical and creative intervention into cultural representations of gendered body dissidence in contemporary film. The study argues for the possibility of finding spaces of “disidentification”, so-called “exit scapes” within the films. Exit scapes disrupt the dominant cinematic regime set up for the trans character, which ties them into stories of discrimination, humiliation and violence. In Trans Cinema, for instance films such as Hedwig and the Angry Inch (2001), Transamerica (2005), Romeos (2011) and Laurence Anyways (2012), scenes of singing, dancing and dreaming allow a different form of engagement with the films. As argued here, they allow a critical re-reading and an affirmative re-imagining of trans embodiment. The aim of this study is to investigate the utopian and hopeful potential within Trans Cinema from a critical transfeminist perspective. While focusing in particular on trans entrants as “spectators” or readers, this study draws on the work of a wide range of feminist and cultural scholars, such as Sara Ahmed, Susan Stryker, José Esteban Muñoz, Trinh T. Minh-Ha, Karen Barad and Donna Haraway. The thesis etches out cinematic spatiotemporalities that unfold possibilities of utopian worlding and trans becoming through a set of conceptual innovations. By utilising a critical approach to audio-visuality and feminist film theory, the thesis re-conceptualises haptic spectatorship theory and its critique in western modernist ocularcentricism through a set of conceptual innovations. The methodological tools developed in this thesis, such as the “entrant”, the “exit scape” and “sensible cinematic intra-activity”, feature here as a multisensorial methodology for transdisciplinary transgender studies and feminist film theory as well as visual culture at large. / Trans Cinema and its Exit Scapes är en kritisk och kreativ intervention med fokus på kulturella representationer av kroppar som bryter mot en könsbinär ordning i samtida film. Studien argumenterar för möjligheten att hitta utrymmen för “disidentification”, så kallade “exit scapes” inom filmerna. Exit scapes stör den dominanta filmiska ordning som skapats för transkaraktären, en ordning som är förbunden med berättelser om diskriminering, förödmjukelse och våld. Inom Trans Cinema, i filmer som exempelvis Hedwig and the Angry Inch (2001), Transamerica (2005), Romeos (2011) and Laurence Anyways (2012), öppnar scener med sång, dans och drömmar upp för andra former av engagemang med filmerna. Som det argumenteras för i avhandlingen tillåter dessa ett kritiskt omformulerande av, och ett nytt affirmativt sätt att föreställa sig, transkroppslighet. Syftet med den här studien är att undersöka den utopiska och hoppfulla potential som finns inom transfilm utifrån ett kritiskt transfeministiskt perspektiv. Även om studien främst riktar sig till trans entrants som “åskådare” eller läsare, så har den en bred teoretisk bas hämtad från verk av en lång rad feministiska forskare inom kulturfältet, såsom Sara Ahmed, Susan Stryker, José Esteban Muñoz, Trinh T. Minh-Ha, Karen Barad och Donna Haraway. Denna avhandling skissar filmiska spatiotemporaliteter, vilka öppnar för möjligheter av utopiska värdsliga och transsubjektiva tillblivelser genom utvecklandet av olika teoretiska begrepp. Genom ett kritiskt förhållningssätt till audiovisualitet och feministisk filmteori, revideras och omformuleras haptisk åskådarskapsteori och dess kritik i en västerländsk okularcentrism genom olika teoretiska innovationer. De metodologiska verktygen som utvecklas i avhandlingen, såsom “the entrant”, “the exit scape” samt “sensible cinematic intra-activity” utgör här funktionen som multisensorisk metodologi för transdisciplinära transstudier, feministisk filmteori samt för visuell kultur i stort.

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Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l 'étude d'un micro-robot destiné à la mise en oeuvre d'une technique de chirurgie mini-invasive pour le traitement des anévrismes de l'artère aorte abdominale. Ce micro-robot placé à l'extrémité d'un cathéter, rendant ce dernier actif, permettra la navigation à l'intérieur de l'artère en évitant les contacts avec les parois de celle-ci. Le système sera destiné à l'apprentissage du geste chirurgical et à l'assistance du chirurgienpendant l'opération. De par sa structure et ses propriétés physiques, le micro-robot, pouvantêtre composé de plusieurs modules élémentaires, entre dans la catégorie des robots continuum. Dans notre étude, un module élémentaire est considéré comme étant un robot parallèle. Lesmodèles géométriques et cinématiques inverses ont alors été établis en utilisant les techniques dela robotique parallèle. L'approche de modélisation proposée permet de faire ressortir explicitement du modèle les paramètres géométriques du micro-robot. Une étude sur l'identificationde ces paramètres a été effectuée par le calibrage du modèle géométrique inverse. Des résultatsde simulation sont présentés validant d'une part les modèles développés et d'autre part la méthode de calibrage proposée. Afin de mettre nos modèles en situation, nous avons développé unsimulateur tridimensionnel intégrant le modèle d'un segment de l'artère, le modèle du micro-robotet un syntaxeur à retour de force. La mise en place d'une navigation active, planifiée etguidée dans ce simulateur permet de contraindre les gestes du chirurgien lors de la navigation du micro-robot à l'intérieur de l'artère / In this thesis, we are interested in a micro-robot study for the implementation of a mini-invasivesurgery technique. The medical application concerns the treatment of the artery abdominal aorta aneurysms. This micro-robot located at the extremity of the catheter permits thecatheter movements into the artery avoiding minimizing contacts with the artery walls. The system can be used for the surgical gesture learning and for the surgeon assistance during the medical operation. Because of its structure and its physical properties the micro-robot is considered as a continuum robot. It is composed of one or several elementary modules. In our study we consider each elementary module as a parallel robot. Then the inverse kinematics model has been established by using techniques of parallel robotics. The proposed modelling approach allows the expression of the model according to the micro-robot geometric parameters. A study on the identification of these parameters has been developed by an inverse geometric modelcalibration. The given simulation results validate the developed models on the one hand, the proposed calibration method on the other hand. We have developed a three-dimensional simulator integrating the model of an artery segment, the micro-robot model, and a joystick with force feedback. The implementation of active, planned and guided navigation on this simulator allows to constrain the surgeon gestures during the movements of the micro-robot inside the artery

Dans les situations du quotidien, nous manipulons fréquemment des objets sans les regarder. Pour effectuer des mouvements vers une cible précise avec un objet à la main, il est nécessaire de percevoir les propriétés spatiales de l’objet. Plusieurs études ont démontré que les sujets peuvent discriminer entre des longueurs d'objet différentes sans l’aide des informations visuelles et peuvent adapter leurs mouvements aux nouvelles caractéristiques inertielles produites lors de la manipulation d’un objet. Dans cette étude, nous avons conduit deux expérimentations afin d’évaluer la capacité des sujets à adapter leurs mouvements d’atteinte à la longueur et à la forme perçues des objets manipulés sur la base unique des sensations non visuelles (sensations haptiques). Dans l'expérience 1, dix sujets devaient exécuter des mouvements d’atteintes vers 4 cibles tridimensionnelles (3D) avec un objet à la main. Trois objets de longueur différente ont été utilisés (pointeurs: 12.5, 17.5, 22.5 cm). Aucune connaissance de la position de la main et de l’objet par rapport à la cible n’était disponible pendant et après les mouvements vers les cibles 3D. Ainsi, lorsque comparé avec les erreurs spatiales commises lors des atteintes manuelles sans pointeur, l’erreur spatiale de chacun des mouvements avec pointeur reflète la précision de l’estimation de la longueur des pointeurs. Nos résultats indiquent que les sujets ont augmenté leurs erreurs spatiales lors des mouvements d’atteinte avec un objet en comparaison avec la condition sans pointeur. Cependant, de façon intéressante, ils ont maintenu le même niveau de précision à travers les trois conditions avec des objets de différentes longueurs malgré une différence de 10 cm entre l’objet le plus court et le plus long. Dans l'expérience 2, neuf sujets différents ont effectué des mouvements d’atteinte vers les mêmes cibles utilisant cette fois-ci deux objets en forme de L (objet no.1 : longueur de 17,5 cm et déviation à droite de 12,5 cm – objet no.2 : longueur de 17,5 cm et déviation à droite de 17,5 cm). Comme c’était le cas lors de l'expérience 1, les sujets ont augmenté leurs erreurs spatiales lors des mouvements d’atteinte avec les objets et cette augmentation était similaire entre les deux conditions avec les objets en forme de L. Une observation frappante de l’expérience 2 est que les erreurs de direction n’ont pas augmenté de façon significative entre les conditions avec objet en forme de L et la condition contrôle sans objet. Ceci démontre que les participants ont perçu de façon précise la déviation latérale des objets sans jamais avoir eu de connaissances visuelles de la configuration des objets. Les résultats suggèrent que l’adaptation à la longueur et à la forme des objets des mouvements d’atteinte est principalement basée sur l’intégration des sensations haptiques. À notre connaissance, cette étude est la première à fournir des données quantitatives sur la précision avec laquelle le système haptique peut permettre la perception de la longueur et de la forme d’un objet tenu dans la main afin d’effectuer un mouvement précis en direction d’une cible. / In everyday situations, we frequently manipulate objects without looking at them. To successfully perform goal directed movements with a handheld unseen object, one needs to perceive the spatial properties of the object. Several studies showed that subjects can discriminate between different object lengths without visual information and are able to adapt movements to novel manipulation dynamics. In this study, we evaluated the ability of subjects to adapt their reaching movements to the perceived length and shape of unseen handheld objects (haptic sensations) in two different experimentations. In experiment 1, ten subjects were required to reach to 4 different memorized 3D targets with handheld objects having three different lengths (12.5, 17.5 and 22.5 cm). No feedback of hand or object position relative to the target location was provided during and after the movements. Therefore, when compared with the ‘control’ no object condition, the spatial error of each movement reflects the precision of length perception and movement adaption in a given condition. Our results show that subjects increased their spatial errors while reaching with a handheld object compared to the no object condition. However, interestingly, they maintained the same accuracy level across the three different object length conditions despite a 10 cm length difference between the shorter and longer object. In experiment 2, nine different subjects reached to the same targets using two L-shaped objects (object no.1: 17.5 cm length and 12.5 cm rightward deviation- object no.2: 17.5 cm length and 17.5 cm deviation). As in experiment 1, subjects increased their spatial errors while reaching with handheld objects, but this increase was similar between the two object shape conditions. A striking observation is that subjects did not significantly increase their directional errors in both object shape conditions compared to the no object condition. This demonstrates that they accurately perceived the lateral deviation of objects despite never seeing nor having any explicit knowledge of object configurations. The results indicate that adaptation of reaching movements to the perceived length and shape of handheld objects is largely based on haptic sensations. To our knowledge, this study is the first to provide a quantitative evaluation of the ability of the haptic system to perceive the length and the shape of handheld objects in order to perform an accurate goal directed movement.

The minimally invasive approach of arthroscopy means less pain and faster recovery time for patients compared to open surgery. However, it implies a high difficulty of performance. Therefore, surgeon should remain at a high level of technical and professional expertise to perform such operations. Surgeon’s skills are being developed over years of surgical training on animals, cadavers and patients. Nowadays, cadavers and animal specimens present an ethical problem also the practice on real humans is usually risky. For surgeons to reach a high level, new and alternative ways of performing surgical training are required. Virtual reality technology has opened new realms in the practice of medicine. Today, virtual reality simulators have become one of the most important training methods in the medical field. These simulators allow medical students to examine and study organs or any structure of the human body in ways that were not possible few years earlier. Similarly, the surgeon as well as the medical student can gain a valuable experience by performing a particular surgery with an anatomical accuracy and realism as it is actually performed in the real world. Thus, they can practice on virtual operation before they proceed and operate on real patients. In this thesis, a virtual reality training simulator for wrist arthroscopy is introduced. Two main issues are addressed: the 3-D reconstruction process and the 3-D interaction. Based on a sequence of CT images a realistic representation of the wrist joint is obtained suitable for the computer simulation. Two main components of the computer-based system interface are illustrated: the 3-D interaction to guide the surgical instruments and the user interface for haptic feedback. In this context, algorithms that model objects using the convex hull approaches and simulate real time exact collision detection between virtual objects are presented. A force feedback device, coupled with a haptic algorithm, is used as a haptic interface with the computer simulation system. This leads in the development of a low cost system with the same benefits as professional devices. In this regard, the wrist arthroscopy can be simulated and medical students can learn the basic skills required with safety, flexibility and less cost / La chirurgie arthroscopique présente actuellement un essor très important pour le bénéfice du plus grand nombre des patients. Cependant, cette technique possède un certain nombre d’inconvénients et il est donc nécessaire pour le médecin de s’entrainer et répéter ses gestes afin de pouvoir exécuter ce type d’opération d’une façon efficace et certaine. En effet, les méthodes traditionnelles d’enseignement de la chirurgie sont basées sur l’autopsie des cadavres et l’entrainement sur des animaux. Avec l’évolution de notre société, ces deux pratiques deviennent de plus en plus critiquées et font l’objet de réglementations très restrictives. Afin d’atteindre un niveau plus élevé, de nouveaux moyens d’apprentissage sont nécessaires pour les chirurgiens. Récemment, la réalité virtuelle commence d’être de plus en plus utilisée dans la médecine et surtout la chirurgie. Les simulateurs chirurgicaux sont devenus une des matières les plus récentes dans la recherche de la réalité virtuelle. Ils sont également devenus une méthode de formation et un outil d’entrainement valable pour les chirurgiens aussi bien que les étudiants en médecine. Dans ce travail, un simulateur de réalité virtuelle pour l’enseignement de la chirurgie arthroscopique, surtout la chirurgie du poignet, a été préesenté. Deux questions principales sont abordées : la reconstruction et l’interaction 3-D. Une séquence d’images CT a été traitée afin de générer un modèle 3-D du poignet. Les deux principales composantes de l’interface du système sont illustrées : l’interaction 3-D pour guider les instruments chirurgicaux et l’interface de l’utilisateur pour le retour d’effort. Dans ce contexte, les algorithmes qui modélisent les objets en utilisant les approches de “Convex Hull” et qui simulent la détection de collision entre les objets virtuels en temps réel, sont présentés. En outre, un dispositif de retour d’effort est utilisé comme une interface haptique avec le système. Cela conduit au développement d’un système à faible coût, avec les mêmes avantages que les appareils professionnels. A cet égard, l’arthroscopie du poignet peut être simulée et les étudiants en médecine peuvent facilement utiliser le système et peuvent apprendre les compétences de base requises en sécurité, flexibilité et moindre coût

Les techniques d'insertion d'aiguille font partie des interventions chirurgicales les plus courantes. L'efficacité de ces interventions dépend fortement de la précision du positionnement des aiguilles dans un emplacement cible à l'intérieur du corps du patient. L'objectif principal dans cette thèse est de développer un système robotique autonome, capable d'insérer une aiguille flexible dans une structure déformable le long d'une trajectoire prédéfinie. L’originalité de ce travail se trouve dans l’utilisation de simulations inverses par éléments finis (EF) dans la boucle de contrôle du robot pour prédire la déformation des structures. La particularité de ce travail est que pendant l’insertion, les modèles EF sont continuellement recalés (étape corrective) grâce à l’information extraite d’un système d’imagerie peropératoire. Cette étape permet de contrôler l’erreur des modèles par rapport aux structures réelles et ainsi éviter qu'ils divergent. Une seconde étape (étape de prédiction) permet, à partir de la position corrigée, d’anticiper le comportement de structures déformables, en se reposant uniquement sur les prédictions des modèles biomécaniques. Ceci permet ainsi d’anticiper la commande du robot pour compenser les déplacements des tissus avant même le déplacement de l’aiguille. Expérimentalement, nous avions utilisé notre approche pour contrôler un robot réel afin d'insérer une aiguille flexible dans une mousse déformable le long d'une trajectoire (virtuelle) prédéfinie. Nous avons proposé une formulation basée sur des contraintes permettant le calcul d'étapes prédictives dans l'espace de contraintes offrant ainsi un temps d'insertion total compatible avec les applications cliniques. Nous avons également proposé un système de réalité augmentée pour la chirurgie du foie ouverte. La méthode est basée sur un recalage initial semi-automatique et un algorithme de suivi peropératoire basé sur des marqueurs (3D) optiques. Nous avons démontré l'applicabilité de cette approche en salle d'opération lors d'une chirurgie de résection hépatique. Les résultats obtenus au cours de ce travail de thèse ont conduit à trois publications (deux IROS et un ICRA) dans les conférences internationales puis à un journal (Transactions on Robotics) en cours de révision. / Needle-based interventions are among the least invasive surgical approaches to access deep internal structures into organs' volumes without damaging surrounding tissues. Unlike traditional open surgery, needle-based approaches only affect a localized area around the needle, reducing this way the occurrence of traumas and risks of complications \cite{Cowan2011}. Many surgical procedures rely on needles in nowadays clinical routines (biopsies, local anesthesia, blood sampling, prostate brachytherapy, vertebroplasty ...). Radiofrequency ablation (RFA) is an example of percutaneous procedure that uses heat at the tip of a needle to destroy cancer cells. Such alternative treatments may open new solutions for unrespectable tumors or metastasis (concerns about the age of the patient, the extent or localization of the disease). However, contrary to what one may think, needle-based approaches can be an exceedingly complex intervention. Indeed, the effectiveness of the treatment is highly dependent on the accuracy of the needle positioning (about a few millimeters) which can be particularly challenging when needles are manipulated from outside the patient with intra-operative images (X-ray, fluoroscopy or ultrasound ...) offering poor visibility of internal structures. Human factors, organs' deformations, needle deflection and intraoperative imaging modalities limitations can be causes of needle misplacement and rise significantly the technical level necessary to master these surgical acts. The use of surgical robots has revolutionized the way surgeons approach minimally invasive surgery. Robots have the potential to overcome several limitations coming from the human factor: for instance by filtering operator tremors, scaling the motion of the user or adding new degrees of freedom at the tip of instruments. A rapidly growing number of surgical robots has been developed and applied to a large panel of surgical applications \cite{Troccaz2012}. Yet, an important difficulty for needle-based procedures lies in the fact that both soft tissues and needles tend to deform as the insertion proceeds in a way that cannot be described with geometrical approaches. Standard solutions address the problem of the deformation extracting a set of features from per-operative images (also called \textit{visual servoing)} and locally adjust the pose/motion of the robot to compensate for deformations \cite{Hutchinson1996}. [...]To overcome these limitations, we introduce a numerical method allowing performing inverse Finite Element simulations in real-time. We show that it can be used to control an articulated robot while considering deformations of structures during needle insertion. Our approach relies on a forward FE simulation of a needle insertion (involving complex non-linear phenomena such as friction, puncture and needle constraints).[...]

Shape plays an important role in our everyday life to interpret information about the surroundings whether we are aware or not. Together with visual and auditory information, we are able to obtain and process information for different purposes. Output devices such as monitors and speakers convey visual and auditory information while input devices such as touch screen and microphones receive that information for human machine interaction. Such devices have become commonplace but there has yet to be a fitting input/output device utilizing our haptic perception. Digital Clay is a next generation Human Machine Interface (HMI) device for 2.5D shape input/output via an array of hydraulic actuators. This device potentially has wide applications in the areas of engineering, sciences, medicine, military, entertainment etc. The user can perceive the shape of a computer programmed model in a tangible and concrete manner which means an added realism with the addition of the sense of touch. Conversely, the user can also use Digital Clay as an input device to the computer, by shaping and molding desired shapes on the device, no longer limited to drawing models with a mouse on CAD software. Shape display has been achieved with the current 5x5 prototype at the Georgia Institute of Technology but this research seeks to expand its capability to include haptic feedback and consequently shaping mode. This thesis gives an overview of the current 5x5 prototype and implements 2 commonly used haptic control methods, the admittance control and the impedance control. For implementing the admittance control, actuator displacement and velocity controllers and a proportional integral observer (PIO) are designed. The model-based unknown input observer is a solution for force estimation without added sensors in the actuators. For implementing the impedance control, a novel pressure control technique is designed to provide pressure feedback to the actuators array along with accurate and reliable displacement measurement. Both of the haptic control methods are evaluated, hardware and software limitations are outlined and possible future improvements are suggested.

Dans les situations du quotidien, nous manipulons fréquemment des objets sans les regarder. Pour effectuer des mouvements vers une cible précise avec un objet à la main, il est nécessaire de percevoir les propriétés spatiales de l’objet. Plusieurs études ont démontré que les sujets peuvent discriminer entre des longueurs d'objet différentes sans l’aide des informations visuelles et peuvent adapter leurs mouvements aux nouvelles caractéristiques inertielles produites lors de la manipulation d’un objet. Dans cette étude, nous avons conduit deux expérimentations afin d’évaluer la capacité des sujets à adapter leurs mouvements d’atteinte à la longueur et à la forme perçues des objets manipulés sur la base unique des sensations non visuelles (sensations haptiques). Dans l'expérience 1, dix sujets devaient exécuter des mouvements d’atteintes vers 4 cibles tridimensionnelles (3D) avec un objet à la main. Trois objets de longueur différente ont été utilisés (pointeurs: 12.5, 17.5, 22.5 cm). Aucune connaissance de la position de la main et de l’objet par rapport à la cible n’était disponible pendant et après les mouvements vers les cibles 3D. Ainsi, lorsque comparé avec les erreurs spatiales commises lors des atteintes manuelles sans pointeur, l’erreur spatiale de chacun des mouvements avec pointeur reflète la précision de l’estimation de la longueur des pointeurs. Nos résultats indiquent que les sujets ont augmenté leurs erreurs spatiales lors des mouvements d’atteinte avec un objet en comparaison avec la condition sans pointeur. Cependant, de façon intéressante, ils ont maintenu le même niveau de précision à travers les trois conditions avec des objets de différentes longueurs malgré une différence de 10 cm entre l’objet le plus court et le plus long. Dans l'expérience 2, neuf sujets différents ont effectué des mouvements d’atteinte vers les mêmes cibles utilisant cette fois-ci deux objets en forme de L (objet no.1 : longueur de 17,5 cm et déviation à droite de 12,5 cm – objet no.2 : longueur de 17,5 cm et déviation à droite de 17,5 cm). Comme c’était le cas lors de l'expérience 1, les sujets ont augmenté leurs erreurs spatiales lors des mouvements d’atteinte avec les objets et cette augmentation était similaire entre les deux conditions avec les objets en forme de L. Une observation frappante de l’expérience 2 est que les erreurs de direction n’ont pas augmenté de façon significative entre les conditions avec objet en forme de L et la condition contrôle sans objet. Ceci démontre que les participants ont perçu de façon précise la déviation latérale des objets sans jamais avoir eu de connaissances visuelles de la configuration des objets. Les résultats suggèrent que l’adaptation à la longueur et à la forme des objets des mouvements d’atteinte est principalement basée sur l’intégration des sensations haptiques. À notre connaissance, cette étude est la première à fournir des données quantitatives sur la précision avec laquelle le système haptique peut permettre la perception de la longueur et de la forme d’un objet tenu dans la main afin d’effectuer un mouvement précis en direction d’une cible. / In everyday situations, we frequently manipulate objects without looking at them. To successfully perform goal directed movements with a handheld unseen object, one needs to perceive the spatial properties of the object. Several studies showed that subjects can discriminate between different object lengths without visual information and are able to adapt movements to novel manipulation dynamics. In this study, we evaluated the ability of subjects to adapt their reaching movements to the perceived length and shape of unseen handheld objects (haptic sensations) in two different experimentations. In experiment 1, ten subjects were required to reach to 4 different memorized 3D targets with handheld objects having three different lengths (12.5, 17.5 and 22.5 cm). No feedback of hand or object position relative to the target location was provided during and after the movements. Therefore, when compared with the ‘control’ no object condition, the spatial error of each movement reflects the precision of length perception and movement adaption in a given condition. Our results show that subjects increased their spatial errors while reaching with a handheld object compared to the no object condition. However, interestingly, they maintained the same accuracy level across the three different object length conditions despite a 10 cm length difference between the shorter and longer object. In experiment 2, nine different subjects reached to the same targets using two L-shaped objects (object no.1: 17.5 cm length and 12.5 cm rightward deviation- object no.2: 17.5 cm length and 17.5 cm deviation). As in experiment 1, subjects increased their spatial errors while reaching with handheld objects, but this increase was similar between the two object shape conditions. A striking observation is that subjects did not significantly increase their directional errors in both object shape conditions compared to the no object condition. This demonstrates that they accurately perceived the lateral deviation of objects despite never seeing nor having any explicit knowledge of object configurations. The results indicate that adaptation of reaching movements to the perceived length and shape of handheld objects is largely based on haptic sensations. To our knowledge, this study is the first to provide a quantitative evaluation of the ability of the haptic system to perceive the length and the shape of handheld objects in order to perform an accurate goal directed movement.