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Conception d'un doigt artificiel à fibre optique polymérique pour application du toucher de surfaces textiles

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Pour citer ce document :
URI: http://hdl.handle.net/2042/63558
Title: Conception d'un doigt artificiel à fibre optique polymérique pour application du toucher de surfaces textiles
Author: Peyre, Kevin; Bueno, Marie-Ange; Tourlonias, Michel; Rossi, René; Spano, Fabrizio
Abstract: L'objectif de ce travail est de mettre au point un capteur mécanique capable de retranscrire le toucher en utilisant une fibre optique polymérique comme élément senseur. Le développement d'un doigt artificiel permet de raccourcir le temps de développement de nouvelles surfaces en évitant l'utilisation d'un panel humain. L'avantage essentiel de ce type de technologie est de ne pas être sensible à l'humidité. Le capteur étudié est composé d'une structure aluminium, d'un corps mou en PDMS (Sylgard®184) dans lequel est noyée une fibre polymérique développée à l'EMPA et de longueur 20 mm. Le contact entre la surface frottée et le capteur se fait par un téton de PDMS (Sylgard®184) de dureté plus importante. La surface considérée est un textile. Le coefficient de frottement observable entre le textile et le téton est comparable à celui que l'on peut trouver lors d'un frottement entre le doigt et le même textile. Le téton est moulé avec une texture concentrique aux dimensions des dermatoglyphes (100 µm de profondeur et 500 µm de période). Le montage d'étude permettant de caractériser la réponse du capteur en fonction des stimuli mécaniques est composé d'une source lumineuse Avalight Hal mini (lampe halogène 10W), de deux fibres optiques de verre large bande 250-2500 nm et d'un spectromètre Avantes AvaspecULS2048CL-Evo. Le capteur à fibre optique fonctionne selon le principe suivant : le spectromètre en fin de montage nous permet de mesurer l'intensité lumineuse transmise au travers de la fibre optique du capteur. La fibre est non couverte, ce qui implique que le saut d'indice de réfraction entre la fibre et le PDMS ne convient pas pour une transmission précise du flux lumineux, nous avons des fuites de lumière tout au long de cette fibre. De plus, la fibre éjecte plus de lumière à chaque courbure, sa déformation lors d'un stimulus mécanique est détectable par l'intensité transmise. La fibre est positionnée dans le capteur avec un angle imposé de 45° par rapport au plan horizontal à chaque extrémité. Deux méthodes de de caractérisation du capteur à fibre optique sont utilisées par mesure du comportement à l'indentation et au frottement. Un capteur de force, d'amplitude maximale 5N, est couplé à une platine de translation permettant une pénétration du matériau. Ce dispositif nous permet d'étudier le comportement du capteur à fibre optique en termes d'enfoncement en fonction de la force normale appliquée à la charge et à la décharge. Pour l'étude du comportement au frottement du doigt artificiel, celui-ci est monté à la place du frotteur d'un tribomètre. Il permet de mesurer les forces tangentielle et normale lors d'un frottement linéaire alternatif sur une platine mobile pour un déplacement choisi ici de 50mm, à 20mm/s avec une accélération de 50 mm/s². La force normale peut être : i) constante, elle est alors appliquée par une masse morte, le déplacement vertical du doigt artificiel est alors mesuré ou ii) mesurée à l'aide d'un capteur de force et alors le doigt artificiel est fixé à une altitude donnée. Les informations provenant de la fibre optique et de l'indenteur ou du tribomètre sont alors comparées. Il est montré que le capteur, bien qu'avec une seule fibre, permet de percevoir des influences mécaniques et ceci quelle que soit la direction de l'effort dans le cas d'une sollicitation en frottement. Différentes surfaces textiles, présentant ou non une anisotropie de surface, sont testées et montrent l'intérêt que peut présenter un tel capteur à fibre optique pour la caractérisation du toucher des surfaces textiles.
Subject: frottement; fibre optique; capteur mécanique; doigt artificiel; textile
Publisher: AFM, Association Française de Mécanique
Date: 2017

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  • Président comité d'organisation : Thomas Rougelot
  • Président du conseil scientifique : Jianfu Shao
  • Co-Présidents du conseil scientifique : Gilmar Mompean et Eric Markiewicz
  • Editeur : Association Française de Mécanique
  • ISSN : 2491-715X (en ligne)
  • Contact : cfm2017