WIP haptic devices

1-introduction/related-work/1-wearable-haptics.tex

@@ -95,10 +95,10 @@ Comme illustré sur la \figref{sensorimotor_continuum}, \textcite{jones2006human
 
 \fig[0.65]{sensorimotor_continuum}{
     The sensorimotor continuum of the hand function proposed by and adapted from \textcite{jones2006human}.
-    }[
+}[
     Functions of the hand are classified into four categories based on the relative importance of sensory and motor components.
     Icons are from \href{https://thenounproject.com/creator/leremy/}{Gan Khoon Lay} / \href{https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/}{CC BY}.
-    ]
+]
 
 L'ensemble des interactions possible de la main avec un objet est vaste et varié, \textcite{bullock2013handcentric} ont proposé une classification plus détaillée en 15 catégories.
 Dans cette thèse, nous nous intéressons aux détections haptiques actives (\ie à l'exploration) d'augmentations visuo-haptiques (voir \partref{perception}) et à la préhension d'objets virtuels (voir \partref{manipulation}) dans le contexte de la RA et des wearable haptics.
@@ -380,9 +380,9 @@ La complexité de la perception des propriétés haptiques des objets et la dive
 D'autant plus que le sens du toucher réparti sur l'ensemble de la main et du corps et que les sensations haptiques sont nécessairement produites par un contact direct de la peau avec l'objet, donc liées à un mouvement de la main sur l'objet.
 Il n'existe donc pas de système haptique générique pouvant adresser tous les aspects du sens haptique, mais une grande variété de dispositifs et de rendus haptiques avec différents objectifs, contraintes et compromis.
 
-S'il est très difficile de recréer des expériences haptiques réalistes, il est plus important de rendre le stimulus sensoriel, qu'il soit visuel, audio ou haptique, "au bon moment et à la bonne place"~\cite{hayward2007it}.
-En effet, une expérience numérique peut être imparfaite et pourtant suffisante pour être utile et intéressante, comme peut l'être une visio-conférence, et transmettre des sensations comparables à celles réelles, comme regarder et écouter un concert sur un écran avec un casque.
+Cependant, une expérience numérique audio-visuelle peut être imparfaite et pourtant suffisante pour être utile et intéressante, comme peut l'être une visio-conférence, et transmettre des sensations comparables à celles réelles, comme regarder et écouter un concert sur un écran avec un casque.
 Pourtant la qualité visuelle et sonore de telles expériences est très différente de celle d'une conversation "réelle" ou d'une vraie scène de tous les jours.
+Ainsi, plus que recréer des expériences haptiques réalistes, il est plus important de rendre le stimulus sensoriel "au bon moment et à la bonne place"~\cite{hayward2007it}.
 
 % The quality of the illusory haptic experience is a function of the interplay between the user’s perceptual system and the intrinsic technical qualities of the interfaces
 
@@ -390,20 +390,17 @@ Pourtant la qualité visuelle et sonore de telles expériences est très différ
 \label{wearable_haptic_devices}
 
 Nous présentons ici seulement un survol des dispositifs haptiques portables pour la main et des rendus qu'ils permettent de générer.
-En particulier, nous nous intéressons aux actuateurs portables qui n'empêchent pas de toucher et interagir avec l'environnement réel et aux rendus de propriétés haptiques d'objets virtuels ou augmentés.
-Pour une revue complète, voir \textcite{pacchierotti2017wearable}.
+En particulier, nous nous intéressons aux actuateurs portables stimulant les méchano-récepteurs de la peau (voir \secref{haptic_perception}) et n'empêchant pas de toucher et interagir avec l'environnement réel et aux rendus de propriétés haptiques d'objets virtuels ou augmentés.
+%Pour une revue complète, voir \textcite{pacchierotti2017wearable}.
 
 \paragraph{Level of Wearability}
 
-La recherche en haptique est historiquement liée à la robotique et à la téléopération menant à la conception de systèmes haptique à retour de force.
-Ces dispositifs sont capable de fournir des sensations kinesthésiques précises
+Différents types de dispositifs haptiques peuvent être portés sur la main, mais seule une partie d'entre eux peut être considérée comme \emph{wearable}. \textcite{pacchierotti2017wearable} les classent en trois niveaux de portabilité, comme illustré sur la \figref{pacchierotti2017wearable}, l'augmentation de la portabilité ayant pour conséquence la perte de la capacité de retour kinesthésique du système.
 
-% Tradeoff realistic and cost + analogy with sound, Hi-Fi costs a lot and is realistic, but 40$ BT headphone is more practical and enough, as cutaneous feedback without kinesthesic could be enough for wearable haptics and far more affordable and comfortable than world- or body-grounded haptics + cutaneous even better than kine for rendering surface curvature and fine manipulation
-
-% Level of wearability is inverse of kinesthetic feedback capability
-
-\begin{subfigs}{pacchierotti2017wearable}{Schematic level of wearability of haptic devices for the hand. Adapted from \textcite{pacchierotti2017wearable}. }[
-        \item Grounded haptic devices are fixed on the environment to provide kinesthetic feedback to the user.
+\begin{subfigs}{pacchierotti2017wearable}{
+        Schematic level of wearability of haptic devices for the hand. Adapted from \textcite{pacchierotti2017wearable}.
+    }[
+        \item World-grounded haptic devices are fixed on the environment to provide kinesthetic feedback to the user.
         \item Exoskeletons are body-grounded kinesthetic devices.
         \item Wearable haptic devices are grounded on the point of application of the tactile stimulus.
     ]
@@ -413,8 +410,61 @@ Ces dispositifs sont capable de fournir des sensations kinesthésiques précises
     \subfig{pacchierotti2017wearable_3}
 \end{subfigs}
 
+La recherche en haptique est historiquement liée à la robotique et à la téléopération menant à la conception de systèmes haptique \emph{grounded}, \ie fixés à un support dans l'environment, comme une table (voir \figref{pacchierotti2017wearable_1}).
+Ce sont des bras robotiques dont l'effecteur est porté par le doigt ou la main de l'utilisateur et qui simulent des interactions avec un \VE en fournissant des retours kinesthésiques de forces et de torques (voir \figref{pacchierotti2015cutaneous}).
+Ils sont cependant lourds, encombrants et limités à petit espace de travail~\cite{culbertson2018haptics}.
 
-\paragraph{Moving Platforms}
+Des dispositifs avec une conception plus portable ont donc été développés en rapprochant la partie mise à la terre sur le corps de l'utilisateur.
+L'intégralité du système robotique est alors porté par l'utilisateur et forme un exosquelette également capable de fournir un retour kinesthésiques mais seulement aux doigts et non plus à la main entière, \eg in \figref{achibet2017flexifingers}.
+Un effet indésirable de cette conception est que la force de réaction est alors également transmise à l'utilisateur à l'endroit du corps où le dispositif est grounded (voir \figref{pacchierotti2017wearable_2}).
+Ils sont souvent lourds et encombrants, et ne peuvent pas être considérés comme wearable.
+
+\textcite{pacchierotti2017wearable} définit que : "A wearable haptic interface should also be small, easy to carry, comfortable, and it should not impair the motion of the wearer."
+Une approche consiste donc à déplacer le point de mise à la terre très proche de l'effecteur (voir \figref{pacchierotti2017wearable_3}) : l'interface est restreinte à un retour haptique cutané mais sa conception est plus compacte, légère, confortable et peu chère, comme un casque audio Bluetooth peut être parfaitement suffisant par rapport à un système Hi-Fi complet bien plus onéreux et encombrant.
+De plus, comme détaillé en \secref{object_properties}, les sensations cutanées sont nécessaires et souvent suffisantes pour la perception des propriétés haptiques d'un objet exploré avec la main.
+
+% Tradeoff realistic and cost + analogy with sound, Hi-Fi costs a lot and is realistic, but 40$ BT headphone is more practical and enough, as cutaneous feedback without kinesthesic could be enough for wearable haptics and far more affordable and comfortable than world- or body-grounded haptics + cutaneous even better than kine for rendering surface curvature and fine manipulation
+
+Le rendu d'un dispositif haptique est déterminé par la nature des actuateurs employés, qui font interfaces entre le système haptique et la peau de l'utilisateur, et les types de stimulis qu'ils peuvent générer. Plusieurs types d'actuateurs sont souvent combinés pour obtenir des retours haptiques plus riches. Nous présentons brièvement ci-dessous les actuateurs wearables les plus représensatifs, suivant les catégories de \textcite{pacchierotti2017wearable}.
+
+\begin{subfigs}{grounded_to_wearable}{
+        Examples of haptic devices for the hand with different levels of wearability.
+    }[
+        \item Teleoperation of a virtual cube grasped with the thumb and index fingers each attached to a grounded haptic device~\cite{pacchierotti2015cutaneous}.
+        \item A passive exoskeleton for fingers simulating stiffness of a trumpet's pistons~\cite{achibet2017flexifingers}.
+        \item Manipulation of a virtual cube with the tbum and index fingers each attached with the 3-RSR wearable haptic device~\cite{leonardis20173rsr}.
+    ]
+    \subfig[.32]{pacchierotti2015cutaneous}
+    \subfig[.32]{achibet2017flexifingers}
+    \subfig[.32]{leonardis20173rsr}
+\end{subfigs}
+
+\paragraph{Moving Indentation Actuators}
+
+Les actuateurs à indentation normale se déplacent perpendiculairement sur la peau pour générer des sensations de contact, de pression et de bords. Trois techniques sont principalement utilisées: les moving platforms, les pin-arrays et les pneumatic systems~\cite{pacchierotti2017wearable}.
+
+Les plateformes mobiles sont généralement placées sous le bout des doigts et peuvent venir au contact de la peau avec différentes forces, vitesses et orientations.
+La plateforme est déplacée via des câbles, \eg in \figref{gabardi2016new}, ou des bras articulés,
+\eg in \figref{perez2017optimizationbased}, qui sont activés par des moteurs grounded sur l'ongle. Les moteurs allongent et raccourcissent les câbles ou orientent les bras pour déplacer la plateforme sur 3 \DoFs : deux pour l'orientation et un pour la force normale par rapport au doigt.
+
+Un pin-array est une surface composée de plusieurs petits pions placés très proches sous forme de grille et qui peuvent être déplacés individuellement. Placée en contact avec le bout du doigt, elle peut générer des sensations de bord, de pression et de textures. \figref{pacchierotti2017wearable} montre un exemple de pin-array composé de \numproduct{4 x 4} tactors de \qty{1.5}{\mm} de diamètre et de \qty{2}{\mm} de hauteur, espacés de \qty{2}{\mm}.
+Les systèmes pneumatiques utilisent un fluide comme de l'air ou de l'eau pour venir gonfler des membranes sous la peau, générant des sensations de contact et de pression. Plusieurs membranes sont souvent utilisées sous forme de grille pour simuler des bords et des textures comme sur la \figref{ujitoko2020development}.
+Même si ces deux types d'effecteurs peuvent être considérés comme wearable, leur actuation nécessite une grande complexité mécanique et électronique qui rend le système dans son ensemble peu portable.
+
+\begin{subfigs}{normal_actuators}{
+        Example of normal indentation actuators for the fingertip.
+    }[
+        \item A moving platform actuated with cables~\cite{gabardi2016new}.
+        \item A moving platform actuated by articulated limbs~\cite{perez2017optimizationbased}.
+        \item A pin-array of \numproduct{4 x 4} tactors~\cite{sarakoglou2012high}.
+        \item A pneumatic system composed of a \numproduct{12 x 10} array of air cylinders~\cite{ujitoko2020development}.
+    ]
+    \subfigsheight{35mm}
+    \subfig{gabardi2016new}
+    \subfig{perez2017optimizationbased}
+    \subfig{sarakoglou2012high}
+    \subfig{ujitoko2020development}
+\end{subfigs}
 
 \paragraph{Shearing and Compression Belts}