Mise en œuvre des capteurs FSR

Les capteurs FSR ont déjà fait l’objet de plusieurs études de

caractérisation. Burdea [Burdea 96] montre qu’ils sont sensibles à

rigide et plane est préférable. Dans le cas de notre application, la surface d’appui n’est ni

rigide, ni plane. L’influence de ces paramètres doit donc être étudiée.

Nous avons réalisé une étude expérimentale sur la réponse des FSR par rapport à la

compliance du contact. Pour un même capteur FSR nous avons effectué plusieurs séries

d’essais en utilisant des contacts différents (cf. Tableau 2.5). Des masses sont appliquées

successivement par charges croissantes directement sur la surface active du capteur. La

réponse du signal de sortie du capteur a été comparée pour les différents supports utilisés.

La Figure 2.12 montre l’influence du matériau du support sur la réponse du capteur.

Tableau 2.5:Propriétés des matériaux testés comme support.

Matériau E [MPa] Dureté Shore

Acier XC38 206 000

-Aluminium 69 000

-Téflon 400 55D

PVC 0,16 85A

Silicone 0,4 70A

Figure 2.12:Réponse du capteur en fonction du support

Sans avoir pu établir une relation, nous avons constaté que la réponse du capteur varie

avec le module d’Young ou la dureté Shore des matériaux élastiques.

Pour s’affranchir de cette variation, Fernandes [Fernandes 03] insère le capteur entre

deux fines plaques métalliques ; de même pour Castro [Castro 97] qui utilise des disques

rigides de 1 mm d’épaisseur. D’autres auteurs [Vecchi 00] cherchent à créer un capteur qui

réponde à la force plutôt qu’à la pression en insérant le capteur entre un dôme et un disque

en époxy pour diriger toute la force appliquée sur la surface active.

Dans les études citées ci dessus, le capteur est utilisé pour connaître la force développée

par la main humaine lors de la préhension d’objets. Le contact se fait donc entre entre une

surface rigide (l’objet) et des tissus humains (la main). De plus, ces méthodes ne sont pas

utilisables dans notre cas, car les deux surfaces de contact (la main du kinésithérapeute

et le corps du nourrisson) ne sont pas rigides et l’addition de support rigide sur les deux

surfaces du FSR blesserait indéniablement le nourrisson lors du geste d’AFE.

Nous avons alors testé plusieurs configurations de fixation de FSR sur le gant afin

d’obtenir un réponse d’amplitude exploitable et reproductible : en insérant le capteur entre

deux couches de supports souples, ou en le noyant dans un gel en silicone comme réalisé

par Beebe [Beebe 95], [Beebe 98] (cf. Figure 2.13).

Figure 2.13:1) Les deux supports de PVC sont collés avec un adhésif silicone souple Loctite

Silicomet AS 310. 2) deux gels ont été testés : le Loctite Silicomet AS 310 et le

Pattex Hot Sticks.

Dans le premier cas, la réponse du capteur est modifiée car les plaques de PVC gardent

une courbure trop importante sur le bord cubital de la main, induisant une

précon-trainte élevée sur le capteur. Ce phénomène avait déjà été observé par Fergusson-Pell

[Fergusson-Pell 00]. De plus, le kinésithérapeute a une perte de sensation tactile pendant

l’exécution du geste.

Dans le deuxième cas, la réponse du capteur est trop faible (Figure 2.14) pour être

exploitable. Par ailleurs, il est difficile de réaliser une couche de gel d’épaisseur uniforme

et identique pour chaque capteur.

Figure 2.14: Réponse du capteur après intégration dans un gel silicone.

Nous avons donc décidé de fixer les capteurs uniquement à l’aide d’un collage sur le

tissu en coton. Plusieurs types de collage ont été testés :

• Les colles cyanoacrylates (du type cyanolit

®

) sont à proscrire car elles durcissent et

provoquent une rigidité au niveau du capteur, ce qui le casse lors de son utilisation

et pourrait blesser le patient.

• Des films adhésifs double face de 3M

®

[3M 00] ont été testés. Ils sont fins (entre

0,005 et 0,13 mm) et faciles à mettre en œuvre. Cependant, la fixation à long terme

sur le coton n’est pas convenable.

• Les colles contacts à base de Néoprene (Pattex

®

) permettent une excellente tenue

sur les deux matériaux (couche polymère du capteur et coton). Elles existent sous

forme liquide mais leur mise en œuvre reste difficile à effectuer car il faut appliquer

une couche uniforme d’épaisseur fine et constante.

• Un adhésif Polyuréthane applicable sous forme d’aérosol (3M Scotch-weld

®

) permet

de réaliser un collage uniforme et précis avec une excellente tenue mécanique. Nous

avons retenu cette solution. En outre, nous avons vérifié que le collage ne modifie pas

la réponse des capteurs.

Les positions des capteurs sur les gants ont été choisies de telle sorte que les niveaux

des pressions caractéristiques du geste puissent être mesurées au mieux pendant la séance

de soins.

Pour connaître la surface d’application des pressions des mains du kinésithérapeute

sur le torse du nourrisson pendant l’exécution du geste, nous avons mesuré la surface

de contact de la main thoracique sur le thorax du bébé et la surface de contact de la

main abdominale sur l’abdomen. Lors d’une séance habituelle de kinésithérapie respiratoire

concernant une patiente représentative de la moyenne des nourrissons pris en charge au

cabinet de kinésithérapie, les mains du praticien ont été encrées. Une feuille de tissu ayant

été placée sur le torse du nourrisson, les surfaces de contact ont été imprimées sur la feuille.

La méthode de calcul des surfaces de contact est présentée en annexe (Annexe A). Les

surfaces de contact sont de 83,8 et 81,6 cm

2

respectivement pour la main abdominale et la

main thoracique.

Les capteurs ont été collés sur les gants à des positions judicieusement déterminées sur

les zones de pression des mains (Figure 2.15) déterminées précédemment, et en accord avec

le kinésithérapeute référent, d’après l’observation de la pratique.

Figure 2.15:Zones de pression sur les mains du praticien.

Par conséquent, les positions des capteurs sont différentes et adaptées pour les deux

gants instrumentés. Neuf FSR sont placés sur la partie cubitale de la main pour le « gant

thoracique », et six sont répartis uniformément sur la paume de la main pour le « gant

abdominal »(cf. Figure 2.16). Nous avons cherché a éviter au mieux les « points durs » des

mains pour avoir une bonne reproductibilité entre les différentes zones servant de support

aux capteurs.

La courbure de la main n’est pas non plus un facteur qui influe significativement sur la

mesure des pressions. En effet, les capteurs FSR mesurent la pression c’est à dire en tenant

compte de la surface active la composante normale de la force (rapportée sur la surface)

à la surface de contact, or un angle d’environ 6 ° avec la normale (cf. paragraphe 2.2.2)

n’induit pas une erreur significative sur la mesure de la valeur réelle de la force.

Figure 2.16:Intégration des capteurs FSR sur les gants. En pointillé : les zones de pression

définies auparavant.

2.3.2 Conditionnement des capteurs FSR

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