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« Conception, fabrication et caractérisation d'une dalle haptique à base de micro-actionneurs piézoélectriques ».

Auteur : F. Bernard
Directeur de thèse : S. Basrour
Président du jury : B. Lemaire-Semail
Rapporteur(s) de thèse : A. Giani, E. Defaÿ,
These de Doctorat Université Grenoble Alpes
Spécialité : Electronique, électrotechnique, automatique
Soutenance : 10/06/2016
ISBN : 978-2-11-129213-0

Résumé

Les systèmes haptiques, ou systèmes de simulation de textures, sont aujourd'hui en plein essor et représentent le prochain challenge pour les appareils mobiles. L'une des solutions les plus prometteuses est celle à base de réduction de friction par vibrations ultrasoniques. L'objectif de cette thèse est de développer une solution haptique répondant au critère d’intégration de la téléphonie mobile en termes d’intégration et de consommation électrique. Plus précisément, il est de proposer une solution à base de couches minces piézoélectriques déposées sur une plaque transparente de la taille d’un écran de smartphone. Après avoir identifié les phénomènes de perception tactile, nous avons établi les spécifications du cahier des charges permettant obtenir un stimulateur haptique. Un modèle théorique de vibration, basé sur la réflexion des ondes de Lamb, nous a permis de déterminer les modes de vibration répondant à ce cahier des charges pour une plaque de la taille d’un smartphone d'écran 5 pouces libre de toutes contraintes. Des transducteurs piézoélectriques en nitrure d’aluminium sont utilisés pour la mise en vibration du système haptique. Déposés sur une face de la plaque, leur position et leur dimensionnement ont été optimisés grâce à des simulations par éléments finis. Le dispositif tactile final sera conçu de façon à laisser un espace central transparent de 4 pouces de diagonal permettant l’ajout d’un écran LCD. Le prototype ainsi déterminé, il est fabriqué grâce à des techniques de dépôt et de gravure en salle blanche. Le dispositif réalisé est caractérisé électriquement et mécaniquement. On détermine alors la puissance nécessaire pour la mise en vibration de la plaque avec des amplitudes correspondant au cahier des charges. Une optimisation de l’électronique de commande permet de réduire la puissance d’actionnement de ce système. Des transducteurs, utilisés en capteurs, sont caractérisés. Ces derniers seront utilisés pour asservir le système dans le cas d’un appui simulant le doigt sur la plaque.