diff --git a/1-introduction/related-work/1-wearable-haptics.tex b/1-introduction/related-work/1-wearable-haptics.tex index a212fdc..08f80d0 100644 --- a/1-introduction/related-work/1-wearable-haptics.tex +++ b/1-introduction/related-work/1-wearable-haptics.tex @@ -1,7 +1,7 @@ \section{Wearable Haptics for the Hand} \label{wearable_haptics_hand} -To understand how wearable haptics have been used to render haptic properties of virtual objects and haptic augmentations to tangible objects, we first need to briefly describe how the hand senses and acts on its environment. +To understand how wearable haptics have been used to render haptic properties of virtual objects and haptic augmentations to tangible objects, we first need to describe how the hand senses and acts on its environment. \subsection{The Haptic Sense} @@ -111,7 +111,7 @@ Comme illustré sur la \figref{sensorimotor_continuum}, \textcite{jones2006human \item Les \emph{gestes}, appelé non-prehensible skilled movements par \textcite{jones2006human}, sont des activités essentiellement motrices et sans contact continu avec un objet. Ce sont par exemple pointer une cible, frapper un clavier, accompagner un discours de gestes ou signer en langue des signes~\cite{yoon2020evaluating} \end{itemize} -\fig[0.6]{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.} +\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.} 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. % @@ -211,12 +211,9 @@ Pour les macro-textures, la taille des éléments, la force appliquée et la vit Cette caractéristique nous permet de lire le braille, par exemple~\cite{lederman2009haptic}. Cependant, la vitesse d'exploration affecte l'intensité perçue de la micro-rugosité~\cite{bensmaia2003vibrations}. -Pour établir la relation entre espacement et intensité pour la macro-rugosité, des surfaces texturées ont été fabriquées: sous forme d'une grille linéaire (sur un axe) composée de d'une alternance périodique de rainures et de crêtes~\cite{lederman1972fingertip,lawrence2007haptic}, illustré \figref{lawrence2007haptic_1}, ou de surface composée d'éléments coniques sur deux axes~\cite{klatzky2003feeling}, illustré \figref{klatzky2003feeling_1}. -Comme montré sur la \figref{lawrence2007haptic_2}, il y a une \emph{relation quadratique} du log de l'intensité perçue de la rugosité $R$ avec le log de l'espace entre les éléments $s$~\cite{klatzky2003feeling}, où $a$, $b$ et $c$ sont des paramètres empiriques à estimer: -\begin{equation} - \label{eq:roughness_intensity} - log(R) = a \, log(s)^2 + b \, s + c -\end{equation} +Pour établir la relation entre espacement et intensité pour la macro-rugosité, des surfaces texturées ont été fabriquées: sous forme d'une grille linéaire (sur un axe) composée de rainures et de crêtes~\cite{lederman1972fingertip,lawrence2007haptic}, illustré \figref{lawrence2007haptic_1}, ou de surface composée d'éléments coniques sur deux axes~\cite{klatzky2003feeling}, illustré \figref{klatzky2003feeling_1}. +Comme montré sur la \figref{lawrence2007haptic_2}, il y a une \emph{relation quadratique} du log de l'intensité perçue de la rugosité $R$ avec le log de l'espace entre les éléments $s$~\cite{klatzky2003feeling}: $log(R) = a \, log(s)^2 + b \, s + c$ où $a$, $b$ et $c$ sont des paramètres empiriques à estimer. +Un plus grand espace entre les éléments augmente la rugosité perçue, mais atteint un plateau à partir \qty{\sim 5}{\mm} pour la grille linéaire tandis que la rugosité diminue pour les éléments coniques à partir de \qty{\sim 2.5}{\mm}. Agrandir l'espace entre les éléments augmente ainsi très rapidement la rugosité perçue jusqu'à atteindre un plateau à partir \qty{\sim 5}{mm} pour la grille linéaire~\cite{lawrence2007haptic} tandis que la rugosité atteint très rapidement un pic vers {\sim 2.5}{mm} puis diminue lentement pour les éléments coniques~\cite{klatzky2003feeling}. @@ -333,12 +330,29 @@ En ce sens, la perception de cette propriété est encore mal comprise~\cite{oka C'est pourtant une perception fondamentale pour la saisie et la manipulation d'objets : les forces de frottements permettent de tenir fermement l'objet en main pour éviter qu'il ne glisse, et la perception de la friction permet également d'ajuster automatiquement et très rapidement la force à appliquer à l'objet pour le saisir~\cite{johansson1984roles}. Si le doigt est anesthésié, l'absence de sensations cutanées empêche d'ajuster efficacement la force de préhension: Les forces de l'objet sur le doigt ne sont plus correctement perçues et les doigts appuient alors plus fermement sur l'objet en compensation mais sans réaliser une bonne opposition des doigts~\cite{witney2004cutaneous}. + \paragraph{Temperature} -\paragraph{Weight} +La température (ou coldness/warmness) est la perception du \emph{transfert de chaleur} entre la surface touchée et la peau~\cite{bergmanntiest2010tactual}: +Si de la chaleur est extraite de (apportée à) la peau, la surface est perçue comme froide (chaude). +Le métal sera perçu comme plus froid que du bois avec la même température de la pièce ; c'est une propriété importante pour discriminer les matériaux~\cite{ho2006contribution}. +Cette perception est donc distincte de la température physique du matériau, et dépend de la conductance thermique et de la capacité thermique du matériau, du volume de l'objet, de la différence de température initiale entre la surface et la peau, et de l'aire du contact~\cite{kappers2013haptic}. +Par exemple, un objet plus volumineux ou une surface plus lisse, augmentant l'aire de contact, augmente la circulation thermique et rend une sensation de température plus intense~\cite{bergmanntiest2008thermosensory}. + +Parce qu'elle est basée sur la circulation de la chaleur, la perception de la température est plus lente que les autres propriétés matérielles et demande un toucher statique (voir \figref{exploratory_procedures}) de plusieurs secondes pour que la température de la peau s'équilibre avec celle de l'objet. +Comme illustré sur la Fig. ??, la température $T(t)$ du doigt à l'instant $t$ et au contact avec une surface suit une loi décroissante exponentielle: +$T(t) = (T_s - T_e) \, e^{-\frac{t}{\tau}} + T_e$ où $T_s$ est la température initiale de la peau, $T_e$ est la température de la surface, $t$ est le temps et $\tau$ est la constante de temps. +\textcite{bergmanntiest2009tactile} ont montré que les deux indices perceptuels du taux de transfert de chaleur, décrit par $\tau$, et l'écart de température $T_s - T_e$ sont aussi importants pour la perception de la température. +Dans des conditions de la vie de tous les jours, avec une température de la pièce de \qty{20}{\celsius}, une différence relative du taux de transfert de chaleur de \percent{43} ou un écart de \qty{2}{\celsius} est nécessaire pour percevoir une différence de température~\cite{bergmanntiest2009tactile}. + \paragraph{Spatial Properties} +Le poids, la taille et la forme d'un objet sont des propriétés dites spatiales qui sont indépendantes des propriétés matérielles décrites précédemment. + + +\subsubsection{Conclusion} + \subsection{Wearable Haptics} \label{wearable_haptics}