Haptic Feedback Displays with Programmable Friction: Interaction and Texture Perception
Affichages à retour haptique avec Friction Programmable : Interactions et Perception de Textures
Résumé
Touch interactions with tactile displays such as smart-phones, tablets, and ultra portable computers have become more and more ubiquitous in our daily life. These commercial touchscreen devices rarely provide a compelling haptic feedback to human fingers despite the use of touch as primary input; haptic feedback is typically limited to vibration. As investigated in 1985 by Buxton et al. [1], flat touchscreens may need haptic
feedback in order to ease end users’ common interaction tasks, to enhance the efficiency of interfaces, and to increase the realism of visual environments. Therefore, different technologies have been explored to generate dynamic haptic feedback to enhance input on touchscreen devices. In this dissertation, we are are particularly interestedin a category of haptic feedback which leverages ultrasonic vibrations to create an air-gap between a user’s finger and the display to reduce friction when activated, a phenomenon called the squeeze film effect. Indeed, user’s tactile perception plays a crucial role for interacting with haptic displays. In this thesis, we first explore user’ fingers limitation of tactile perception on ultrasonic haptic displays for both one-finger and multi-finger touch explorations by means of psychophysical experiments. We then propose a novel concept, called taxel concerning user’s perception of tactile elements on ultrasonic haptic touchscreens. Furthermore, we describe how to optimize user’s interaction performances in common interaction tasks by leveraging ultrasonic lubrication. Finally, we study how tactile signal can be combined with auditory signals to enhance user’s perception in musical interactions on ultrasonic haptic displays.
Les interactions tactiles avec les écrans tactiles tels que les smartphones, les tablettes et les ordinateurs ultra-portables sont devenues de plus en plus omniprésentes dans notre vie quotidienne. Ces dispositifs tactiles commerciaux fournissent rarement un retour haptique convaincant aux doigts humains malgré l’utilisation du toucher comme entrée principale; le retour haptique est généralement limité à la vibration. Comme il a été étudié en 1985 par Buxton et al. [1], les écrans tactiles plats ont besoin d’un retour haptique afin de faciliter les tâches d’interaction communes des utilisateurs finaux, d’améliorer l’efficacité des interfaces et d’augmenter le réalisme des environnements visuels. Par conséquent, différentes technologies ont été explorées pour générer un retour haptique dynamique afin d’améliorer la saisie sur les appareils à écran tactile.
Dans cette thèse, nous nous intéressons plus particulièrement à une catégorie de retour haptique qui exploite les vibrations ultrasoniques pour créer un film d’air (air-gap) entre le doigt d’un utilisateur et l’écran pour réduire la friction lorsqu’il est activé, ce phénomène est appelé effet squeeze film. En effet, la perception tactile de l’utilisateur joue un rôle crucial dans l’interaction avec les dispositifs haptiques. Dans cette thèse, nous explorons d’abord la limitation de la perception tactile des doigts de l’utilisateur sur les écrans tactiles haptiques ultrasoniques pour des explorations tactiles à un doigt et à plusieurs doigts au moyen d’expériences psychophysiques. Nous proposons ensuite un nouveau concept, appelé taxel, concernant la perception par l’utilisateur des éléments tactiles sur les écrans tactiles haptiques à ultrasons. En outre, nous décrivons comment optimiser les performances d’interaction de l’utilisateur dans des tâches d’interaction communes en utilisant les vibrations ultrasoniques. Enfin, nous étudions comment le signal tactile peut être combiné avec des signaux auditifs pour améliorer la perception de l’utilisateur dans les interactions musicales sur les écrans haptiques ultrasoniques.
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