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I.  INTRODUCTION 14

4.   Concevoir un outil haptique d’aide au déplacement 55

4.2.   Utilisation de métaphores dans la conception 55

4.2.4.   Les paramètres utilisés pour coder l’information haptique 57

Le  sens  du  toucher  offre  différentes  façons  de  coder  l’information  avec  par  exemple  les  paramètres   de  temps,    d’espace,  de  température,  et  de  pression.  Il  peut  être  très  précis  et  les  sujets  parviennent   à    sentir    de  très  faibles  changements.    

L’utilisation  de  la  peau  comme  canal  de  communication  implique  d’avoir  des  connaissances  sur  la   façon   dont   les   personnes   sont   sensibles   aux   différents   paramètres   existants.   Un   paramètre   approprié  pour  encoder  des  informations  en  haptique  est  un  paramètre  pour  lequel  les  utilisateurs   peuvent   identifier   plusieurs   niveaux   et   qui   ne   dégradent   pas   les   autres   paramètres   lorsqu’on   les   combine  entre  eux  (Brown & Kaaresoja, 2006).  

Les   recommandations   disponibles   sur   le   sens   vibro-­‐tactile   et   le   nombre   d’applications   évaluées   sont   encore   très   limités   (ETSI EG, 2002).   La   plupart   des   recommandations   sont   basées   sur   la   recherche  fondamentale  mais  très  peu  proviennent  d’études  en  situation  écologique  (Van Erp, Van Veen, Jansen, & Dobbins, 2005).    

4.2.4.a) Notion  de  seuil  perceptif  

Il   est   judicieux   d’optimiser   le   seuil   de   détection   de   la   sensation   grâce   à   la   fréquence   et   à   la   localisation   de   l’interaction.   L’abaissement   du   seuil   de   détection   peut   avoir   des   avantages,   par   exemple   dans   notre   cas   de   conception   d’un   dispositif   technologique,   sur   la   consommation   d’énergie.    

4.2.4.b) La  fréquence  

La   perception   de   la   fréquence   tactile   est   entre   10   et   600Hz,   cependant   il   est   préférable   d’utiliser   seulement  les  fréquences  entre  50  et  400Hz  (Goble, Collins, & Cholewiak, 1996)  et  le  seuil  le  plus   bas   est   autour   de   250   Hz.   Mais   parfois   les   actionneurs   vibrent   à   une   fréquence   qui   n’est   pas   modulable.  Ce  paramètre  n’est  donc    pas  forcément  utilisable  selon  l’actionneur  utilisé.    

La   fonction   qui   décrit   la   relation   entre   l’amplitude   nécessaire   pour   détecter   les   vibrations   et   la   fréquence   de   stimulation   représente   les   limites   de   la   résolution   sensorielle   de   la   peau.   Elle   est   utilisée   comme   base   pour   spécifier   les   caractéristiques   d’une   stimulation.   Cette   relation   a   été   mesurée   à   plusieurs   endroits   du   corps   à   des   fréquences   allant   de   0,4   à   1000Hz.   ((Bolanowski, Gescheide, & Verrillo, 1994).  Les  résultats  sont  présentés  pour  3  régions  du  corps  souvent  utilisées   pour   l’affichage   de   signaux   tactiles   :   le   bout   du   doigt,   l’avant-­‐bras   et     l’abdomen.   Une   sensibilité   optimale   est   obtenue   à   des   fréquences   entre   150   et   300Hz   pour   l’ensemble   du   corps.   Pour   des   fréquences   plus   basses   ou   plus   élevées,   le   déplacement   de   la   peau   (amplitude)   doit   être   plus   important   pour   être   détecté.   L’amplitude     nécessaire   pour   détecter   une   vibration   à   toutes   les   fréquences  varie  considérablement  suivant  les  endroits  du  corps.  Le  seuil  de  sensibilité  le  plus  bas   est   celui   du   bout   des   doigts   :   0.07µm   à   200Hz.   Le   seuil   de   sensibilité   le   plus   haut   est   celui   de   la   région   abdominale   et   glutéale   :   4-­‐14µm   à   200Hz.   De   nombreux   travaux   ont   étudié   le   seuil   vibrotactile  en  fonction  de  la  fréquence  (Bolanowski et al., 1994),  cependant  il  n’y  a  que  peu  d’études   sur   la   discrimination   de   la   fréquence   vibrotactile.   Cette   discrimination   est   rendue   difficile   par   l’interaction   entre   la   fréquence   et   l’amplitude.   Lorsque   l’amplitude   des   vibrations   augmente   (à   fréquence   constante),   la   fréquence   du   signal   perçu   augmente   également   mais   ce   taux   d’augmentation  perçu  varie  considérablement  d’une  personne  à  une  autre  (Morley & Rowe, 1990).   Le  seuil  de  perception  le  plus  bas  se  trouve  sur  la  peau  glabre.  La  fréquence  peut  ainsi  être  utilisée   pour  coder  des  informations.    

4.2.4.c) La  rugosité  

Les   variations   de   forme   d’onde   peuvent   être   perçues   si   la   complexité   de   la   forme   est   variée   en   utilisant  par  exemple  des  sinusoïdes  à  amplitude  modulée  pour  lesquelles  l’amplitude  a  un  signal   de   base   (ex   :   250Hz)   et   il   est   modulé   par   une   seconde   sinusoïde   (ex   :   30   Hz).   La   modulation   d’amplitude   peut   se   faire   pour   une   sinusoïde,   un   carré,   etc.   Grâce   à   cela   on   peut   reproduire   la   rugosité  d’une  surface  en  statique  en  régulant  la  fréquence  de  la  seconde  sinusoïde.  Pour  un  signal   de  base  à  250Hz,  la  rugosité  augmente  en  faisant  diminuer  la  fréquence  de  la  seconde  sinusoïde  de   50   à   20Hz.   Ainsi     en   modulant   un   signal   à   250Hz   à   différentes   fréquences,   on   arrive   à   créer   des   formes  d’onde  qui  varient  en  rugosité  (Brown, Brewster, & Purchase, 2005).  

4.2.4.d) L’intensité  

L’intensité   est   ce   que   l’on   ressent   du   couplage   fréquence/amplitude   (Jones & Sarter, 2008).   Elle   dépend   essentiellement   de   l’amplitude.   Les   changements   d’intensité   (amplitude)   peuvent   être   utilisés   pour   transmettre   de   l’information   (ex   :   prévenir   de   la   proximité   d’un   véhicule).   Pour   des   intensités   de   vibration   modérées   à   fortes,   le   seuil   le   plus   petit   estimé   est   entre   5   et   30%   (en   fonction   des   personnes)   et   la   moyenne   est   à   16%   (Craig & Sherrick, 1982).   Les   changements   d’intensité   à   fréquence   constante   n’influencent   pas   seulement   l’amplitude   perçue   du   signal,   mais   aussi   la   fréquence   perçue.   Il   serait   donc   conseillé   de   faire   varier   une   seule   de   ces   variables   (amplitude  ou  fréquence)  quand  on  veut  communiquer  avec  la  peau.    

La   combinaison   de   fréquence/amplitude   jugée   comme   grandeur   égale   de   façon   subjective,   correspondant  à  l’intensité  a  été  déterminée  pour  une  gamme  de  fréquence  vibrotactile.  

 

Figure  12.  Combinaison  pour  une  sensation  égale  de  grandeur  de  vibration  dérivée  des  données  obtenues  par   la  méthode  de  la  balance  à  grandeur  numérique.  Les  niveaux  de  sensation  atteints  sont  le    seuil  (cercles),  à  20  

dB  (carrés)  et  à  40  dB  (Triangles)  jusqu’au  seuil  pour  un  signal  à  250Hz.   (Verillo, Fraioli, & Smith, 1969).   A  partir  de  ces  courbes,  il  est  possible  de  déterminer  l’intensité  d’une  vibration  ayant  une  intensité   subjectivement   égale   mais   une   fréquence   différente.   (Cette   mise   en   correspondance   n’est   valable   que   si   l’information   est   codée   uniquement   en   termes   de   fréquence   vibrotactile   sans   combinaison   avec  d’autres  variables).  Les  seuils  absolus  et  différenciés  d’une  intensité  vibrotactile  peuvent  être   utilisés   pour   déterminer   de   combien   doit   varier   l’intensité   du   stimulus   pour   qu’une   personne   détecte   un   changement   avec   un   dispositif   tactile.   Gill   explique   que   lors   de   l’utilisation   de   ce   paramètre   pour   la   conception   d’icône   vibratoire,   l’on   ne   devrait   pas   utiliser   plus   que   quatre   intensités.  

Un   stimulus   confortable   est   compris   entre   15-­‐20dB   au   dessus   du   seuil.   Il   n’est   pas   judicieux   d’utiliser   plus   de   quatre   niveaux   différents   d’intensité   entre   le   seuil   de   détection   et   le   seuil   de   douleur/confort.   Les   paramètres   psycho-­‐physiques   indiquent   qu’il   existe   deux   moyens   d’élargir   l’ampleur  subjective  d’un  stimulus  :  (1)  en  élargissant  l’intensité  en  prenant  des  intensités  proches   du  seuil  et  (2)  en  agrandissant  la  zone  de  simulation.    

L’adaptation  correspond  à  un  changement  dans  la  perception  d’un  stimulus  prolongé.  Cette  

adaptation  entraine  une  diminution  du  seuil  absolu  et  de  la  grandeur  subjective.  C’est  un  processus   graduel  qui  prend  jusqu’à  25  minutes.  L’effet  sur  le  seuil  est  plus  important  (jusqu’à  20dB)  que  sur   la  grandeur  subjective  (jusqu’à  7dB).  Le  temps  de  récupération  est  d’environ  la  moitié  du  temps   d’adaptation  et  est  plus  rapide  pour  la  grandeur  subjective  que  pour  le  seuil  absolu.  Pour  prévenir   l’adaptation,  la  fréquence  peut  être  utilisée  en  utilisant  des  fréquences  différentes  (canaux   neurophysiologiques).    

4.2.4.e) La  variation  temporelle  /  le  rythme  

La  variation  temporelle  peut  aussi  être  utilisée  pour  coder  les  informations  présentées.    

3   composantes   ont   été   étudiées   :   (1)   la   durée   du   stimulus,   (2)   le   nombre   de   répétitions   des   impulsions,  (3)  le  nombre  d’impulsions.  

Le  rythme  a  un  taux  de  reconnaissance  de  90%  quand  3  rythmes  différents  sont  utilisés.  Le  rythme   est  créé  en  regroupant  des  pulsations  vibrotactiles  de  durées  différentes  et  en  laissant  des  écarts   entre  elles  pour  créer  des  motifs  (comme  en  musique  la  combinaison  note  et  silence).  Le  rythme  est   un  paramètre  avec  certaines  limites  puisqu’il  demande  d’être  joué  sur  une  certaine  durée  pour  être   reconnu.  Sa  saillance  peut  dominer  ou  masquer  les  autres  paramètres.  (Ternes & MacLean, 2008).  Il   est  préférable  d’utiliser  une  alerte  d’une  durée  de  pulsation  située  entre  50  et  200ms.  Un  stimulus   plus  long  serait  perçu  comme  ennuyeux.  (Kaaresoja & Linjama,, 2005).  

Le   masquage   spatial   peut   survenir   lorsque   des   stimuli   se   chevauchent   dans   le   temps.   Ainsi   le   concepteur   doit   être   conscient   des   effets   négatifs   de   masquage.   Le   temps   entre   des   signaux   consécutifs   d’un   modèle   temporel   doit   être   d’au   moins   10ms   (Van Erp, Van Veen, Jansen, &

Dobbins, 2005).   Une   autre   façon   d’éviter   le   masquage   temporel   est   de   présenter   les   stimuli   à   des   localisations  différentes  ou  bien  en  utilisant  des  canaux  neurophysiologiques  différents  comme  les   basses  et  hautes  fréquences.    

4.2.4.f) Localisation  spatiale  

Les   capteurs   distribués   dans   l'espace   peuvent   coder   des   informations   suivant   la   position   de   stimulation   sur   le   corps.   Le   choix   d'emplacement   sur   le   corps   pour   l’affichage   vibrotactile   est   important,   car   des   emplacements   différents   ont   des   niveaux   différents   de   sensibilité   et   d’acuité   spatiale.   Un   affichage   peut   se   servir   de   plusieurs   emplacements   sur   le   corps   pour   que   l'emplacement  puisse  être  utilisé  comme  un  autre  paramètre.  Les  doigts  sont  souvent  utilisés  pour   des   affichages   vibrotactiles   parce   que   leur   haute   sensibilité   aux   petites   amplitudes   et   leur   haute   acuité   spatiale   (Craig & Sherrick, 1982)   est   plus   intéressante.   Cependant,   les   doigts   sont   souvent   exigés  pour  d'autres  tâches.  

Présenter   deux   ou   plusieurs   stimuli   dans   un   modèle   spatio-­‐temporel   spécifique   peut   évoquer   le   mouvement  apparent.  Le  mouvement  apparent  peut  être  utilisé  pour  simuler  le  mouvement  réel.   Les  paramètres  importants  sont  la  durée  des  salves,  (d’une  durée  minimale  de  20  ms)  et  le  temps   d’intervalles  entre  des  stimuli  consécutifs   (ETSI EG, 2002)  

  Tableau  3.  Récapitulatif  des  différents  paramètres  utilisés  pour  la  modalité  haptique  avec  des  vibreurs  -­‐  

(MacLean K. , 2008)  

Pour  les  mêmes  raisons  que  pour  la  vision  et  l’audition,  un  stimulus  tactile  de  haute  intensité  peut   causer  de  l’inconfort  allant  même  jusqu’à  une  sensation  de  douleur.  Il  est  important  de  maintenir   efficacement   un   contact   fixe   entre   la   source   de   stimulation   et   la   peau   afin   d’obtenir   un   transfert   adéquat   d’informations.   Il   est   donc   nécessaire   de   trouver   un   compromis   entre   performance   et   confort   pour   l’utilisateur   (ETSI EG, 2002).   L’utilisateur   doit   être   en   mesure   de   pouvoir   régler   l’intensité   du   stimulus.   Il   existe   une   grande   variation   pour   les   seuils   de   sensation   et   de   douleur   entre  les  différentes  personnes  ainsi  qu’au  cours  de  la  vie  car  l’acuité  spatiale  se  dégrade  avec  le   vieillissement.  Ainsi  il  est  préférable  que  le  niveau  de  simulation  soit  réglable  par  l’utilisateur.  Pour   le  port  d’interface  sur  le  corps  sur  des  longues  périodes,  cela  doit  rester  discret  et  confortable.  Le   système   doit   être   limité   en   terme   d’émission   d’énergie   acoustique.   Les   sorties   acoustiques   indésirables  peuvent  être  source  d’interférence  pour  les  personnes  ou  l’équipement  à  proximité  de   l’utilisateur  de  l’interface.  Il  est  également  nécessaire  d’éviter  la  propagation  des  vibrations  entre   les  vibreurs.  Particulièrement,  quand  des  actionneurs  à  proximité  vibrent  à  la  même  fréquence  de   résonnance.  Il  existe  alors  un  risque  de  transmission  des  vibrations  sur  les  vibreurs  non  activés.    

Les   stimuli   vibro-­‐tactiles   peuvent   agacer   l’utilisateur,   il   est   important   de   penser   lors   de   la   conception   que   ces   stimuli   sont   difficiles   à   ignorer   si   l’utilisateur   ne   veut   pas   les   utiliser.   Il   est   important   de   faire   en   sorte   que   le   message   vibro-­‐tactile   soit   de   préférence   auto-­‐explicatif.   La   plupart   des   gens   ne   sont   pas   familiers   avec   les   motifs   tactiles   dans   le   domaine   des   interactions   humain-­‐machine  d’où  le  fait  qu’il  soit  nécessaire  que  l’interaction  soit  facilement  compréhensible.   Pour  cela  des  vibrocons  peuvent  être  utilisées   (Van Erp, Van Veen, Jansen, & Dobbins, 2005).  Cela   signifie  également  que  les  utilisateurs  n’expérimenteront  pas  les  messages  tactiles  en  continu  et  ont   par   ailleurs   peu   d’occasions   d’apprendre   à   connaître   la   signification   de   messages   tactiles   à   la   différence  de  symboles  visuels  (feu  rouge,  panneaux,  etc.).  

Il  faudra  garder  à  l’esprit  que  l’expérience  tactile  doit  être  ancrée  dans  le  monde  réel.  Les  messages   tactiles  complexes  doivent  de  préférence  être  composés  de  composants  significatifs  connus.  Il  faut   également  souligner  que  combiner  différents  signaux  vibro-­‐tactiles  peut  altérer  la  perception,  par   exemple  la  somme  de  deux  ondes  qui  ne  sont  pas  en  phase.