Les systèmes à fils tendus (SPIDAR-like)

Les systèmes à fil tendus permettent de transformer un outil, un doigt ou tout autre pointeur en une marionnette pilotée par un à plusieurs fils. La figure 4.9 est un exemple de système à fils tendus adapté aux doigts ou à la main. La tension des fils vient de moteurs (souvent électriques) qui permettent de piloter précisément les efforts dans autant de dimensions que ne l’autorise le nombre de fils. L’acquisition de la longueur des fils permet ensuite d’ajouter une donnée rétroactive de tracking, pour un système bidirectionnel en l’état. Il n’est alors pas nécessaire d’ajouter des données supplémentaires de tracking (voir figure 4.8).

Dispositifs existants

Ces interfaces ne sont pas nouvelles, puisque les premiers modèles de ce type datent de plus de 25 ans, que ce soit pour la version américaine [Lindemann & Tesar, 1989] ou pour la version japonaise qui a développé le concept [Sato, 1991]. Il y a eu par la suite un produit grand public : le Gametrak est un contrôleur de jeu sorti en 2004 pour les consoles de salon Sony Playstation. Composé de deux fils, un pour chaque main, il offre un retour d’effort unidimensionnel mais aussi un simili de tracking. En plus d’être mesurés en continu par des capteurs incrémentaux, les fils passent dans des joysticks dont la rotation suit la direction des fils. Un algorithme permet alors, en interpolant ces données avec la longueur des fils, de reproduire un espace de travail légèrement cylindrique comme on le voit sur la figure 4.10. Des systèmes plus performants de la famille du SPIDAR ont fait suite à ce dernier, popula- risés par le professeur Makato Sato du Tokyo Institute of Technology, et ont du succès dans le milieu de la recherche. De nombreuses applications ont été analysées, mettant en jeu

4.3. Les dispositifs à rendu kinesthésique

FIGURE4.10 – Le champ de tracking du GameTrak en espace normalisé [Vigliensoni &

Wanderley, 2012].

diverses variantes du concept original : du contrôle haptique des dix doigts sur un bureau, aux interactions à l’échelle 1 dans des CAVEs, en passant même par un accessoire de smart- phone permettant le retour d’effort sur un doigt pour des jeux mobiles [Toshima et al., 2015]. Les SPIDARs dimensionnés pour des CAVEs [Buoguila et al., 1997] peuvent gérer une dizaine de fils reliés à des moteurs qui délivrent au minimum 0.05N et jusqu’à 30N. On atteint des résolutions spatiales de 15mm, mais cette résolution dépend de nombreux facteurs comme la raideur des fils, la précision des codeurs incrémentaux des moteurs, la disposition des fils.

Pour finir, des sociétés comme Haption commercialisent des outils basés sur la famille des SPIDARs (Les Inca 6D c _{), taillés pour le monde professionnel.}

Spécificités

Avantages – Les systèmes à fils tendus font partie du club très fermé des dispositifs kinesthésiques peu intrusifs. Ils ont pour eux les avantages suivants.

• Sous réserve d’avoir des moteurs correctement dimensionnés, ces systèmes permettent d’avoir un retour d’effort à 6 degrés de libertés fonctionnel. Les temps d’exécution des sujets sont diminués de 35% pour des tâches simples [Buoguila et al., 1997].

• Utilisable avec ou sans outil, leurs capacités sont souples et permettent des volumes de travail plus grands que les autres systèmes de rendu kinesthésique. On peut facilement se placer dans un CAVE de 3m sur 3m.

• De plus, l’intrusivité introduite est assez faible étant donné la finesse des fils, et l’on peut travailler dans des CAVEs sans crainte d’occulter l’environnement visuel. • Enfin, ces systèmes incluent une mesure plus ou moins précise de tracking : Au

Forces Faiblesses

Efforts importants Pas de retour cutané

6 degrés de liberté en théorie Degrés de libertés dépendant de la position Espace de travail large Zones inatteignables à cause des fils

Tracking induit Ergonomie peu attrayante

Nécessité que les fils restent tous tendus TABLE4.5 – Pros et cons des systèmes à fils tendus.

longueur de chaque fil donne une information sur la position du point, aussi précise que le permettent les degrés de liberté du système.

Inconvénients – Bien que peu de systèmes kinesthésiques soient si peu intrusifs et aient un volume d’action si large, les SPIDARs ont des défauts majeurs.

• Le rendu cutané, s’il peut être rendu facilement par un système additionnel, n’est pas réalisé par les fils tendus. On préférera donc sans doute les utiliser avec un outil tenu en main pour rendre l’interaction plus naturelle.

• La tension dans les fils doit être permanente pour que ceux-ci restent tendus, et ce même en mouvement libre lorsqu’aucun retour haptique doit être rendu. Du coup, les gestes de l’utilisateur sont légèrement contraints (l’impédance du système est non nulle).

• Les mouvements brusques des sujets peuvent détendre les fils. Lors de telles situa- tions, l’effort disparaît, puis reparaît brutalement. La présence est brusquement diminuée et l’utilisateur est ramené à la réalité des artifices haptiques attachés à son interaction.

• Les fils peuvent se croiser et, malgré leurs 6 DDLs théoriques, on est plutôt loin du compte dans la pratique. Les couples ne sont rendus que dans certaines positions, Et la qualité du rendu général dépend aussi beaucoup de la forme des objets que l’on touche. Pour un vrai rendu à 6 DDL, il faut presque une dizaine de fils sur le dispositif de pointage, que ce soit le doigt ou un outil.

• Les SPIDARs ne sont pas suffisamment ergonomiques. Il faut faire attention à ne pas emmêler les fils tous fins, les attacher un par un à ses doigts ou à l’outil, puis seulement lancer la simulation. S’ils sont intéressants du point de vue scientifique, il semble compliqué de les implanter dans l’industrie tant ces outils sont contraignants et alors que les usagers rechignent déjà à utiliser des lunettes stéréoscopiques et des systèmes de tracking moins encombrants.