La communauté de la Visualisation d'Information (Infovis) accorde une importance primordiale à la conception de techniques de visualisation nouvelles, efficaces, ou spécialisées. Alors qu'une technique de visualisation est composée à la fois de techniques de représentation et de techniques d'interaction, la conception de nouvelles techniques d'interaction pour l'Infovis passe souvent au second plan. Dans cette thèse, centrée sur l'interaction en Infovis, j'explore la conception de nouvelles techniques d'interaction afin de rendre des techniques de visualisation existantes plus efficaces, plus adaptées aux tâches utilisateur, et plus engageantes. Afin que ces techniques d'interaction soient efficaces, il est nécessaire d'abandonner les outils interactifs (widgets) standards et proposer des interfaces utilisateur allant au-delà des interfaces à fenêtres, icônes, menus et pointeur connues sous le nom d'interfaces WIMP (Window/Icon/Menu/Pointer).Dans cette thèse, je soutiens que la conception de nouvelles techniques d'interaction pour la visualisation devraient être basée sur le paradigme de la manipulation directe et sur le modèle de l'interaction instrumentale, et s'inspirer de paradigmes d'interaction établis en Interaction Homme-Machine (IHM) mais trop peu connus et reconnus en Infovis. En me basant sur plusieurs projets que j'ai menés au court de ma thèse, je démontre que la conception opportuniste d'interactions nouvelles peut rendre des techniques de visualisation plus efficaces. Ces différents projets soulèvent des problèmes de conception des techniques d'interaction, tels que le compromis entre la congruence cognitive d'une technique d'interaction et sa généricité, le problème de la conception d'interactions engageant l'utilisateur, et les mérites de l'interaction fluide et ininterrompue. Enfin, je propose un ensemble de règles dérivées des différents projets de cette thèse et je soumets des perspectives de travaux futurs, afin de contribuer au grand défi d'établir une théorie de l'interaction pour l'Infovis. / There is a tremendous effort from the information visualization (Infovis) community to design novel, more efficient or more specialized desktop visualization techniques. While visual representations and interactions are combined to create these visualizations, less effort is invested in the design of new interaction techniques for Infovis. In this thesis, I focus on interaction for Infovis and explore how to improve existing visualization techniques through efficient yet simple interactions. To become more efficient, the interaction techniques should reach beyond the standard widgets and Window/Icon/Menu/Pointer (WIMP) user interfaces. In this thesis, I argue that the design of novel interactions for visualization should be based on the direct manipulation paradigm, instrumental interaction, and take inspiration from advanced interactions investigated in HCI research but not well exploited yet in Infovis. I take examples from multiple projects I have designed to illustrate how opportunistic interactions can empower visualizations and I explore design implications raised by novel interaction techniques, such as the tradeoff between cognitive congruence and versatility, the problem of engaging interaction, and the benefits of seamless, fluid interaction. Finally, I provide guidelines and perspectives, addressing the grand challenge of building or consolidating the theory of interaction for Infovis.

Ce travail présente l'étude de la dynamique de spins d'ions Mn insérés dans des structures de CdTe de faibles dimensions. L'accent est plus particulièrement mis sur des boîtes quantiques individuelles de CdTe contenant un ion Mn unique, ce qui permet d'accéder aux interactions non perturbées de l'ion magnétique avec son environnement semi-conducteur. Nous présentons une méthode purement optique de manipulation et de lecture des états de spin de l'ion magnétique unique. Les expériences utilisent le fait que les états de spin se conservent lors d'un transfert excitonique entre proches boîtes quantiques, pour injecter un exciton polarisé dans la boîte contenant l'ion Mn afin d'orienter son spin. Les dynamiques de processus de réorientation sont observées lors de mesures résolues en temps, puis analysées via un modèle simple d'équations de taux. Un des mécanismes possible de réorientation, la recombinaison d'excitons sombres, est présenté expérimentalement, puis discuté. L'orientation optique de l'ion Mn est aussi utilisée pour étudier les relaxations spin-réseau d'un ion magnétique isolé sous faibles et sous forts champs magnétiques. Ce travail décrit aussi les phénomènes présents pour des champs magnétiques nuls ou faibles dans des systèmes de moments magnétiques plus grands (puits et boîtes quantiques contenant plusieurs ions Mn). Une nouvelle technique expérimentale, basée sur des impulsions magnétiques rapides, nous permet d'étudier la dynamique de spin des ions Mn en l'absence de champ magnétique et ce, avec une résolution temporelle de l'ordre de la nanoseconde. Nous observons une rapide décroissance de la magnétisation après une impulsion magnétique. Le phénomène est décrit en terme de couplage hyperfin avec le spin nucléaire des ions Mn. Cet effet est particulièrement sensible à toute anisotropie, notamment celles introduites par un gaz de trous ou par les contraintes du réseau. L'application d'un champ magnétique externe supprime les dynamiques rapides dans les puits quantiques magnétiques dilués et des phénomènes plus commun de relaxation lente spin-réseau sont alors observés. Il est toutefois surprenant que les boîtes quantiques avec un grand nombre d'ions Mn présentent ces dynamiques de spin rapides même après application d'un champ magnétique allant jusqu'à 0.5 T. Ce processus rapide pourrait venir des interactions spin-spin des ions Mn, en particulier si leur distribution spatiale n'est pas régulière à l'intérieur de la boîte. / This work is devoted to the studies of spin dynamics of magnetic Mn ions embedded in low-dimensional CdTe-based nanostructures. A particular emphasis is placed on the system of single CdTe quantum dots with single Mn ions, which give an insight into unperturbed interactions of magnetic ion with its semiconductor environment. A method of all-optical manipulation and readout of the spin state of a single magnetic ion is presented. The experiment exploits the spin-conserving exciton transfer between neighbouring quantum dots to inject polarized exitons into the dot with the Mn ion so as to orient its spin. The dynamics of the orientation process is measured in a time-resolved experiment and described with a simple rate equation model. One of possible orientation mechanisms - the dark excitons recombination - is discussed and shown experimentally. The optical orientation of the Mn ion is also used to investigate the spin-lattice relaxation of an isolated magnetic ion in low and high magnetic field. The work also addresses phenomena occurring in low and zero magnetic field in large systems of magnetic moments - quantum wells and quantum dots containing Mn ions. New experimental technique of fast magnetic pulses is used to investigate the Mn spin dynamics in the absence of magnetic field with nanosecond resolution. After the pulse of magnetic field, a fast decay of the magnetization is observed. The experimental findings are described in terms of hyperfine coupling with the nuclear spin of the Mn ions. The effect is highly sensitive to the presence of an anisotropy, particularly that introduced by hole gas and by strain. Application of the external magnetic field suppresses the fast dynamics in diluted magnetic quantum wells and a well known slow spin-lattice relaxation is observed. Surprisingly, quantum dots with many Mn ions show fast spin dynamics even after application of external field up to 0.5 T. The fast process may origin from the spin-spin interaction between the magnetic ions, especially if their spatial distribution within the dot is not uniform.

Cette thèse propose une approche pour générer un mouvement corps complet avec contacts non coplanaires, permettant à un robot de se déplacer dans un environnement, de manipuler des objets complexes ou de collaborer avec différents agents. Les méthodes développées dans cette thèse tentent de prendre en compte une grande variété de robots, de l'humanoïde au manipulateur à base fixe en passant par les objets sous actionnés. En premier lieu, nous abordons le problème du choix des positions des points de contacts qu'un robot sous-actionné doit prendre pour se déplacer dans l'environnement. Nous calculons, en un seul problème d'optimisation non-linéaire, une séquence de postures qui satisfait une séquence de contacts donnés. Cette formulation permet de trouver la position des contacts optimale, car le choix de la position d'un contact d'une posture va prendre en compte les postures précédentes et suivantes. Elle permet aussi d'effectuer des tâches pour certaines postures qui prendront en compte l'aspect prioritaire du déplacement. Nous introduisons ensuite une méthode de génération de mouvement qui, en se basant sur la programmation quadratique, permet de résoudre le problème de géométrie inverse et de la dynamique inverse pour un robot à base fixe ou mobile, tout en satisfaisant des contraintes d'égalités et d'inégalités.Cette génération de mouvement est assez rapide pour fonctionner à la vitesse de la boucle de contrôle des robotsHRP2-10 et HRP4, et peut donc être utilisé en temps réel. À l'aide d'une machine à état, nous transformons la séquence de postures calculée à priori en une série de tâches à effectuer par le générateur de mouvement, ce qui permet à notre robot de se déplacer dans un environnement complexe. Nous étendons alors notre méthode de génération de mouvement pour calculer la commande d'un nombre arbitraire de robots. Cette extension nous permet de gérer des tâches de manipulation d'objets complexes, de collaboration entre plusieurs agents et de mouvement dans un environnement dynamique. Nous pouvons aussi spécifier directement les tâches dans le repère de l'objet manipulé pour faciliter l'élaboration de notre consigne. Dans l'optique de valider cette méthode sur un robot réel, nous formulons le problème d'estimation des paramètres inertiels d'un objet manipulé grâce à l'algèbre vectorielle spatiale. Finalement, nous validons nos travaux sur les robots HRP2-10 et HRP4. Sur le premier robot, nous validons la génération de posture et la génération de mouvement mono-robot sur le scénario demonté d'une échelle verticale aux normes industrielles. La manipulation d'objets et l'estimation des paramètres inertiels sont validées par la suite sur le robot HRP4. / This PhD proposes a whole body motion generation approach with non coplanar contacts that allowsa robot to move in an environment, manipulate complex objects or collaborate with differentagents.Methods developed in this PhD try to manage many kinds of robots, from the humanoid to thefixed base manipulator and also handling underactuated objects.Firstly, we address the problem contacts positioning that an underactuated robot should taketo move in its environment.We compute in one non-linear optimization problem a sequence of postures that fulfill aninputed contact list. This formulation allows to find the optimal contact placement regardingprevious and next stances. It also allows to execute a task for some posture while taking into accountthe priority of the motion.Next, we introduce a motion generation method that uses quadratic programming to solveinverse kinematics and dynamics problems for a fixed or mobile base robot under equality andinequality constraints.This motion generation is fast enough to fit the HRP2-10 and HRP4 control loop andcan be used in real-time.With a finite state machine we turn the posture sequence into a list of tasks that should beexecuted by the motion generation to allow a robot to move in a complex environment.We extend this motion generation scheme to compute the motion of an arbitrary number of robots.This extension allows us to manage complex object manipulation tasks, multi-agent collaboration andmotion in a dynamic environment. We can also specify a task in the manipulated object frameto ease motion design.To validate this method on a real robot, we formulate inertial parametersestimation of manipulated objects with spatial vector algebra.Finally, we validate our works on the HRP2-10 and HRP4 robot. On the first one,we validate the posture and mono-robot motion generation on a scenario where the robot climbs anindustry standard vertical ladder.On the second one, we validate object manipulation and inertial parameters estimation.

L’objectif de cette thèse est de développer de nouveaux robots qui combinent dextérité, compacité et précision afin de réaliser des tâches de micromanipulation complexes dans des environnements confinés. Ainsi, deux architectures robotiques parallèles ont été développées. La première est un poignet à 4 degrés de liberté (DDL) en rotation et la seconde est un robot redondant à 7 DDL. Les deux structures intègrent la fonction de préhension grâce à une plateforme configurable et un actionnement déporté. L’étude géométrique et cinématique des deux robots ainsi que des résultats expérimentaux validant les deux architectures sont présentés. Pour miniaturiser le robot à 7 DDL, les liaisons mécaniques (rotules) ont été remplacées par des liaisons en élastomère (PDMS). Cette solution permet, entre autres, d’éliminer les jeux mécaniques au niveau des articulations tout en gardant une grande plage de déplacement. Cependant, comme le comportement de telles articulations ne correspond pas parfaitement à des liaisons rotules, un modèle de robot prenant en compte le comportement élastique de ces articulations a été développé. Afin de réaliser la structure à l’échelle désirée (jambes et liaisons à 400 µm de côté), un nouveau processus de micro-fabrication en salle blanche a été développé. Contrairement aux méthodes existantes, le nouveau processus permet de réduire le nombre d’étapes de gravure et d’intégrer différents types d’élastomères à des microstructures robotiques en silicium. Enfin, le micro-robot a été réalisé et les capacités de déplacement dans les 6 DDL en plus de la préhension ont été validées. Les applications visées des robots développées dans cette thèse sont le micro/nano-assemblage, la manipulation de cellules biologiques et la chirurgie mini-invasive, notamment en neurochirurgie. / The objective of this thesis is the development of new robots that combine dexterity, compactness and precision to perform complex micromanipulation tasks in confined environments. Thus, two parallel robotic structures have been developed. The first is a wrist that can insure 4 degrees of freedom (DOF) in rotation and the second is a redundant robot with 7 DOF. Both structures integrate the grasping function thanks to a configurable platform and a deported actuation. The kinematic study of the two robots and the experimental results validating the two architectures are presented. To miniaturize the 7 DOF robot, the mechanical joints (spherical) have been replaced by elastomeric articulations (PDMS). This solution allows, among others, to eliminate the mechanical backlash in the joints while keeping a large range of movements. However, as the behavior of such joints does not correspond perfectly to spherical joints, a model for the robot taking into account the elastic behavior of these joints has been developed. In order to made the structure on the desired scale (the cross sectional side of its legs and connections are 400 µm), a new microfabrication process in the clean room has been developed. Unlike the existing methods, the new process reduces the number of etching steps and allow the integration of different types of elastomers into silicon robotic microstructures. Finally, the micro-robot was realized and the displacement capacities in the 6 DOF with the grasping were validated. The targeted applications by the developed robots in this thesis are micro / nano-assembly, manipulation of biological cells and minimally invasive surgery, particularly in neurosurgery.

A l’instar d’autres pays, le Printemps arabe s’est soldé au Maroc par l’accession des islamistes au pouvoir ; une victoire surprenante que d’aucuns mettent sur le compte de la capacité du PJD (parti islamiste) à surfer sur la vague des revendications populaires en prenant, à son propre compte, les doléances phares des manifestants, et ce, notamment par le biais de stratégies d’influence et de manipulation politiques. Mais l’arrivée du PJD à la tête de l’exécutif marocain aura surtout permis de révéler M. Benkirane, en tant que personnalité politique hors du commun ayant su imposer une communication politique fondamentalement différente de celles de ses prédécesseurs, mais également fondée sur un usage intensif de procédés d’influence et de manipulation. Car ce qui caractérise l’entrée de ce leader islamiste sur la scène politique marocaine par la plus haute des fonctions, c’est le fait qu’il s’est progressivement départi de sa communication d’opposant islamiste pour adopter une communication dotée de nouvelles orientations. Les principaux traits de cette nouvelle ligne politique sont le changement de position par rapport aux assises doctrinales majeures du PJD ainsi qu’une rétraction par rapport aux engagements brandis lors du Printemps arabe et de la campagne électorale des législatives de 2011. Ce changement d’orientation en matière de communication politique est, pensons-nous, l’œuvre manifeste de stratégies d’influence et de manipulation politiques que M. Benkirane orchestre subtilement. La présente thèse s’assigne pour objectif de mettre en exergue ces stratégies telles qu’elles sont à l’œuvre dans la communication politique de M. Benkirane. / Comparable to other countries in the region, the Arab Spring resulted in Morocco with the rise of Islamists to power ; a surprising victory that some justify as the ability of the PJD (Islamist party) to ride the wave of popular demands by taking, on its own, the main complaints of protesters using strategies of political influence and manipulation. The arrival of PJD as head of the Moroccan executive revealed Mr. Benkirane, as an outstanding political figure who knew how to impose a political communication fundamentally different from those of his predecessors founded on strong use of influence and manipulation methods. Indeed, what characterizes the entry of this Islamist leader on the Moroccan political scene is the fact that he progressively diverted his communication from an Islamist opponent to adopt a communication with new orientations. The main features of this new political line are the change of position to the major doctrinal foundations of the PJD as well as a withdrawal from the commitments made during the Arab Spring and the electoral campaign of 2011 elections. The orientation of Mr. Benkirane political communication is, I believe, the manifest subtle orchestration of strategies of influence and political manipulation. This dissertation aims to highlight these strategies as they are manifested in the political communication of Mr. Benkirane.

This thesis presents several new techniques for developing safe and flexible human-robot interaction tasks where human operators cooperate with robotic manipulators. The contributions of this thesis are divided in two fields: the development of safety strategies which modify the normal behavior of the robotic manipulator when the human operator is near the robot and the development of dexterous manipulation tasks for in-hand manipulation of objects with a multi-fingered robotic hand installed at the end-effector of a robotic manipulator. / Valencian Government by the research project "Infraestructura 05/053". Spanish Ministry of Education and Science by the pre-doctoral grant AP2005-1458 and the research projects DPI2005-06222 and DPI2008-02647, which constitute the research framework of this thesis.

In order to operate safely and naturally in human-centered environments, robots need to respond compliantly to force and contact interactions. While advanced robotic torsos and arms have been built that successfully achieve this, a somewhat neglected research area is the construction of compliant wheeled mobile bases. This thesis describes the mechatronics behind Trikey, a holonomic wheeled mobile base employing torque sensing at each of its three omni wheels so that it can detect and respond gracefully to force interactions. Trikey's mechanical design, kinematic and dynamic models, and control architecture are described, as well as simple experiments demonstrating compliant control. Trikey is designed to support a force-controlled humanoid upper body, and eventually, the two will be controlled together using whole-body control algorithms that utilize the external and internal dynamics of the entire system. / text

In this article, based on Dissection-Motion-Operations, DMO (decomposing a figure into several pieces and composing the resulting pieces into a new figure of equal area), a set of visual representations (models) of mathematical concepts will be introduced. The visual models are producible through manipulation and computer GSP/Cabri software. They are based on the van Hiele’s Levels (van Hiele, 1989) of Thought Development; in particular, Level 2 (Informal Deductive Reasoning) and level 3 (Deductive Reasoning). The basic theme for these models has been visual learning and understanding through manipulatives and computer representations of mathematical concepts vs. rote learning and memorization. The three geometric transformations or motions: Translation, Rotation, Reflection and their possible combinations were used; they are illustrated in several texts. As well, a set of three commonly used dissections or decompositions (Eves, 1972) of objects was utilized.

Thesis (M.Ost.)--Unitec New Zealand, 2008. / Includes bibliographical references (leaves 92-99).

Nous proposons une approche de planification unifiée pour robots humanoïdes réalisant des tâches de locomotion et de manipulation nécessitant une dextérité propre aux systèmes anthropomorphes. Ces tâches sont basées sur des transitions de contacts ; contacts entre les extrémités des membres locomoteurs et l'environnement dans le cas du problème de locomotion par exemple, ou entre les extrémités de l'organe préhensible effecteur et l'objet manipulé dans le cas du problème de manipulation. Nous planifions ces transitions de contacts pour des systèmes abstraits constitués d'autant de robots, d'objets, et de supports dans l'environnement que désiré/nécessaire pour la modélisation du problème. Cette approche permet de s'affranchir de la distinction de nature entre tâches de locomotion et de manipulation et s'étend à une variété d'autres problèmes tels que la coopération entre plusieurs agents. Nous introduisons notre paradigme de planification non-découplée de locomotion et de manipulation en exhibant la stratification induite dans l'espace des configurations de systèmes simplifiés pour lesquels nous résolvons analytiquement le problème en comparant des méthodes de planification géométrique, non-holonome, et dynamique. Nous présentons ensuite l'algorithme de planification de contacts basé sur une recherche best-first. Cet algorithme fait appel à un solveur de cinématique inverse qui prend en compte des configurations de contacts générales dans l'espace pouvant être établis entre robots, objets, et environnement dans toutes les combinaisons possibles, le tout sous contraintes d'équilibre statique et de respect des limitations mécaniques des robots. La génération de mouvement respectant l'équation de dynamique Lagrangienne est obtenue par une formulation en programme quadratique. Enfin nous envisageons une extension à des supports de contact déformables en considérant des comportements linéaires-élastiques résolus par éléments finis. / We propose a unified planning approach for autonomous humanoid robots that perform dexterous locomotion and manipulation tasks. These tasks are based on contact transitions; for instance between the locomotion limbs of the robot and the environment, or between the manipulation end-effector of the robot and the manipulated object. We plan these contact transitions for general abstract systems made of arbitrary numbers of robots, manipulated objects, and environment supports. This approach allows us to erase distinction between the locomotion and manipulation nature of the tasks and to extend the method to various other planning problems such as collaborative manipulation and locomotion between multiple agents. We introduce our non-decoupled locomotion-and-manipulation planning paradigm by exhibiting the induced stratification of the configuration space of example simplified systems for which we analytically solve the problem comparing geometric path planning, kinematic non-holonomic planning, and dynamic trajectory planning methods. We then present the contact planning algorithm based on best-first search. The algorithm relies on an inverse kinematics solver that handles general robot-robot, robot-object, robot-environment, object-environment, non-horizontal, non-coplanar, friction-based, multi-contact configurations, under static equilibrium and physical limitation constraints. The continuous dynamics-consistent motion is generated in the locomotion case using a quadratic programming formulation. We finally envision the extension to deformable environment contact support by considering linear elasticity behaviours solved using the finite element method.