Études sur les transducteurs multimodaux optiques souples pour la perception robotique et la restauration des fonctions sensorielles tactiles
Studies on flexible optical multimodal transducers for robotic perception and the restoration of tactile sensory functions
Résumé
The study focuses on mechanical deformation and temperature sensors based on stretchable opticalwaveguides, aiming to emulate the flexibility and sensitivity of human skin. These sensors enable robotsto precisely measure forces, movements, and friction properties, thereby facilitating their interaction withthe environment. An optical transduction system without internal metal connections in the active area,responsive to uniaxial mechanical stimulations, has been developed. This device, based on a waveguide,evaluates variations in light intensity resulting from various deformations and detects color changes as-sociated with specific deformations. The innovation lies in the fabrication of this optical electronic skin(E-skin) and the precise characterization of mechanical deformations.The performance improvement of the waveguide matrices for the E-skin has been explored, increa-sing the spatial resolution of the sensors to obtain more detailed information on local and multidirectionaldeformations. Characterization of the applied force area and differentiation between various mechanicalstimuli have been achieved, including machine learning to predict deformations and identify contact sur-faces. A new modality was introduced by incorporating temperature detection at the base of the developedsensors, making robotic tactile detection closer to that of humans. Temperature variations are detectedusing a thermochromic material, offering an additional dimension of tactile perception.In conclusion, this thesis lays the foundations for extensive research on multimodal optical trans-duction for E-skin. It has led to the creation of the first matrix optical sensor in elastomer, enabling thedetection of movements, forces, and surface classification.
Cette étude se concentre sur des capteurs de déformation mécanique et de température basés sur desguides d’ondes optiques extensibles, visant à émuler la flexibilité et la sensibilité de la peau humaine. Cescapteurs permettent – pour des applications en robotique ou prosthétique - de mesurer avec précisionles forces, les mouvements et les propriétés de frottement, facilitant ainsi les interactions avec l’environ-nement. Un système de transduction optique sans connexion métallique dans la zone active de mesure,réactif aux stimulations mécaniques uniaxiales, a été développé. Ce dispositif, basé sur un guide d’onde,évalue les variations d’intensité lumineuse résultant de diverses déformations et détecte les changementsde couleur associés à des déformations spécifiques. L’innovation réside dans la fabrication de cette E-skinoptique et la caractérisation précise des déformations mécaniques.L’amélioration des performances des matrices de guides d’onde pour la peau électronique (E-skin) aété explorée, augmentant la résolution spatiale des capteurs pour obtenir des informations plus détailléessur les déformations locales et multidirectionnelles. La caractérisation de la zone de force appliquée etla distinction entre différents stimuli mécaniques ont été réalisées, incluant l’apprentissage automatiquepour prédire les déformations et identifier les surfaces en contact. Une nouvelle modalité a été introduiteen intégrant la détection de la température sur la base des capteurs développés, rendant la détection tac-tile robotique plus proche de celle des humains. Les variations de température sont détectées grâce à unmatériau thermochromique, offrant une dimension supplémentaire de perception tactile.En conclusion, cette thèse établit les fondations d’une recherche approfondie sur la transduction mul-timodale optique pour l’E-skin. Elle a abouti à la création du premier capteur optique matriciel en élasto-mère, permettant la détection des mouvements, des forces et la classification des surfaces.
Infos complémentaires
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Identifiant HAL : 2024EMSEM030
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Langue originale :français
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Date de la thèse : 2024-09-17
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Informations sur la thèse : Domaine : Humanities and Social Sciences/Library and information sciences
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FAQ
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