ETUDE ET DÉVELOPPEMENT DE CAPTEURS TACTILES FLEXIBLES À DÉTECTION HARMONIQUE VERS LA FONCTIONNALISATION SENSITIVE DES SURFACES

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1 ETUDE ET DÉVELOPPEMENT DE CAPTEURS TACTILES FLEXIBLES À DÉTECTION HARMONIQUE VERS LA FONCTIONNALISATION SENSITIVE DES SURFACES Nissem SELMENE Télécom SudParis (Dpt EPh) Ecole des Mines de Saint Etienne (Dpt FEL)

2 INTRODUCTION ET CONTEXTE 2 Interfaces tactiles : Révolution de l interaction homme/ machine Couplage entre: - Environnement physique - Monde de l électronique Innovation / Champ de recherche: Déploiement de supports flexibles Fonctionnalisation de surfaces non planes pour devenir sensitives et communicantes Projet financé par l Institut Mines-Télécom (IMT): Programme «Futur et ruptures» Collaboration entre deux laboratoires: FEL (EMSE): Electronique Flexible EPh (TSP): Circuits hyperfréquences

3 SOMMAIRE 1. PROBLÉMATIQUES 2. PRINCIPE DE DÉTECTION 3. SYSTÈME TACTILE 3.1. Système d acquisition compact 3.2. Physique autour de la dalle tactile 4. RÉSULTATS EXPÉRIMENTAUX 4.1. Récapitulatif 4.2. Démonstration 5. CONCLUSION ET PERSPECTIVES

4 1. PROBLÉMATIQUES OBJECTIFS TECHNIQUES La plupart des systèmes tactiles existants 4 Grande Système surface tactile mono-port tactile économiquement viable? Connectique simple? Système d acquisition compact Unique? port de connexion 50Ω Détection matricielle Guide d onde souple à unique port Localisation du toucher par analyse du signal au port d entrée Simplifier la partie matérielle Reporter la complexité dans la partie logicielle Problématiques techniques et scientifiques

5 1. PROBLÉMATIQUES PROBLÉMATIQUES SCIENTIFIQUES ET TECHNIQUES 5 Lien entre structure et sensibilité du guide d onde? Comportement électromagnétique? Système d acquisition compact Interaction entre le doigt et le guide d onde? Impact de la perturbation? 50Ω Algorithme de localisation Analyse de précision de localisation? Méthode d acquisition Etude scientifique Briques de base du système

6 2. PRINCIPE DE DÉTECTION 6 Désadaptation locale Signal incident Signal réfléchi Générateur + Système d acquisition 50Ω Dalle souple Objectif : détermination de d (position du toucher) à partir d une étude de réflectométrie

7 2. PRINCIPE DE DÉTECTION HARMONIC DETECTION AND LOCATION (HDL) 7 Phase du coefficient de réflexion à l entrée de la ligne in : 2d 2 V f Vitesse de phase de la ligne Localisation du toucher = Analyse harmonique de la courbe de phase φ( ) Position du toucher: V d f 4 f f (MHz)

8 3. SYSTÈME TACTILE SYSTÈME D ACQUISITION COMPACT 8 Système de référence Analyseur de réseau (VNA) Système intégrable proposé Séparateur d ondes Détecteur de phase Contrôleur Dalle 50 Dalle Système d acquisition compact 50 Mesure directe de: ϕ = f (f) VCO Commande du système en fréquence 1. Pont de Wheatstone (alternative au coupleur directif) Séparation des ondes : incidente et réfléchie 2. Détecteur de phase Détermination du déphasage entre les deux ondes 3. Contrôleur Implémentation de l algorithme de localisation: Extraction de d

9 3. SYSTÈME TACTILE PHYSIQUE AUTOUR DE LA DALLE TACTILE 9 Comportement électromagnétique du doigt * Modèle électrique * Facteurs qui influencent son comportement * Etude approfondie Source d erreur estimée à 0.5 cm Signal incident Signal réfléchi Système d acquisition compact (HDL) 50Ω Support * Plan et non plan * Impact de : - Changement de permittivité - Homogénéité du matériau

10 erreur (cm) 4. RÉSULTATS EXPÉRIMENTAUX RÉCAPITULATIF 10 Mesures sur une ligne Alu/PET de longueur 1.7 m 3 Erreurs de localisation* 2,5 2 1,5 1 0,5 VNA Pont+DP VNA Système HDL E* moy (cm) ,5 40,5 57,5 74,5 91,6 108,6 125,6 147,6 Position (cm) * Erreur due au comportement capacitif du doigt non prise en compte.

11 4. RÉSULTATS EXPÉRIMENTAUX DÉMONSTRATION 11

12 5. CONCLUSION ET PERSPECTIVES 12 CONCLUSION Proposition d un nouveau concept de surface tactile Spécificités : flexibilité + unique port de connexion Circuit d acquisition HDL compact et à faibles fréquences: Erreur de localisation moyenne de 1.8 cm Possibilité de réduction de l erreur par une bonne compréhension du comportement électromagnétique du doigt Système d acquisition compact (HDL) PERSPECTIVES Enrichissement des fonctions sensitives de la surface: Caractérisation de matériau Approfondissement de l étude de la variabilité du comportement électromagnétique en fonction de l individu Couplage de la mesure de la bio-impédance au comportement à l entrée du guide d onde Champ d investigation dans les domaines: biomédical/ biométrique

13 MERCI POUR VOTRE ATTENTION QUESTIONS?