1.4  L’exploration haptique : quand l’action et la perception se conjuguent sur le canal haptique

Dans cette partie, nous allons nous intéresser à la fusion des capacités de perception et d’action du système haptique. Dans la littérature, il est alors souvent question d’exploration haptique, ou encore de processus exploratoires.

Généralités

Le processus d’exploration haptique met en œuvre plusieurs sous-processus distincts.

Petit exemple :
pour déterminer la dureté d’un objet, nous pouvons appliquer une force normale à sa surface, ou bien malaxer l’objet dans la paume de la main si sa taille le permet. Une telle procédure provoquerait un flux d’informations supplémentaires, concernant la température, les capacités de conduction calorifique de l’objet, ainsi que la texture en surface de l’objet, précisément là ou la pression a été effectuée. De plus, si l’information obtenue est jugée insuffisante (pour la reconnaissance de l’objet, ou bien pour l’accomplissement d’une tâche), d’autres processus d’exploration peuvent être lancés.

Les sous systèmes concernés par une tâche d’exploration haptique sont :

  • le système cognitif,
  • les fonctions de prise de décisions,
  • le système moteur,
  • et les sensations psychophysiques issues de l’interaction avec les objets.

(Loomis et Lederman, 1986) et (Lederman et al., 1987) ont proposé que le système haptique pourrait être composée de deux sous systèmes. Le système sensoriel, et le système moteur. Selon leur interprétation, le système moteur sert à augmenter les performances du système sensoriel, en optimisant l’efficacité de l’exploration haptique des objets. Dans cette vision des phénomènes, il est possible de concevoir le processus haptique comme la mise en œuvre de fonctions haptiques de haut niveau (fonctions cognitives), et de fonctions haptiques de bas niveau (fonctions psychophysiques). Les fonctions haptiques de haut niveau seraient amenées à diriger les fonctions haptiques de bas niveau; mais pas uniquement.

exemple :
si l’on décide d’aller extraire une information de surface d’un objet, cela aura pour conséquences l’exécution d’une procédure exploratoire (optimale pour cette information), qui se manifestera par une série de mouvements de la main. L’interaction entre la surface de l’objet et la peau lancera la stimulation des sens haptiques, provoquant la perception de l’information recherchée, et par conséquent, un modèle mental concernant la nature la surface de l’objet, se forme.

Une telle opération de haut en bas se produit quand un observateur est dirigé vers la recherche d’une information particulière d’un objet. Cependant, l’exploration haptique peut être dirigée de bas en haut . Dans l’exemple précédent, et suivant les informations perceptuelles induites par l’exploration, l’opérateur peut être conduit à explorer plus loin pour trouver d’autres informations, qu’il ne cherchait pas nécessairement au départ.

Ainsi, la stimulation des mécanorécepteurs provoque une réponse neurale qui dicte l’exploration suivante. C’est la boucle comportementale (Taylor et al., 1973).

La figure 1.11 illustre les boucles de rétroaction se produisant lors de l’exploration haptique. Dans la littérature, l’ensemble de ses boucles, ramené à la dualité de fonctionnement du système (de haut en bas / de bas en haut ) a mené aux notions du contact actif et passif . Ainsi, pendant le contact actif, un opérateur exécute l’exploration haptique sans contrainte, déplaçant la main en contact avec un objet. Réciproquement, pendant le contact passif, la main de l’explorateur demeure stationnaire, alors que l’objet est déplacé en contact avec la peau.

Figure 1.11 : Schéma de la perception/action haptique (d’après (Wall, 2000))

Initialement, ces concepts étaient mutuellement exclusifs (Gibson, 1962). Pourtant, (Lederman et Taylor, 1972) ont proposé que les concepts d’actif et de passif ne constituaient pas nécessairement une dichotomie, mais que le processus de contact pourrait être considéré comme ayant un certain degré de passivité . Ce degré dépendrait du niveau de contrôle qu’a l’opérateur sur le processus de contact.

Pour terminer, (Faineteau et al., 2003) ont mené des expériences quant à la perception des distances avec le sens haptique. Les résultats de ces expériences peuvent se résumer de la manière suivante :

  1. Les courtes distances sont généralement sur-estimées, et les longues distances sont sous-estimées.
  2. La mémoire des distances est plus volatile que la mémoire des positions.
  3. La reproduction d’un mouvement actif, en terme de distance et de position, est plus exacte que pour un mouvement passif (c’est à dire aidé par un dispositif).

De l’utilisation d’outils

L’outil est très souvent le lien entre l’humain et la tâche.

On peut citer quelques exemples du triplet Opérateur-Outil-Tâche pour les métiers :

  • Le couturier - l’aiguille - la couture,
  • le chirurgien - le scalpel - l’incision,
  • ou encore, le chirurgien - le forceps laparoscopique, la laparoscopie...

et d’autres exemples pour des tâches à base technologiques. On oublie ici la spécificité de l’opérateur : on obtient des couples Outil-Tâche :

  • Tournevis - Vis,
  • Ciseaux - Découper...

(Cutkosky et Howe, 1990) ont proposé une taxonomie des prises d’outils avec la main, selon deux axes (figure 1.12).

Figure 1.12 : Les différentes géométries des prises de la main

Les implications psychologiques de l’utilisation d’outils sur les processus d’exploration haptique à l’aide d’outils (le contact à distance ou remote contact) ont récemment été le centre de beaucoup d’intérêt. En effet, il semble qu’il y ait équivalence entre les sensations produites lors de l’utilisation d’un outil, et celles ressenties à l’aide de dispositifs à retour de force.

Les mouvements d’exploration

(Lederman et al., 1987) ont identifié les différents modèles des mouvements d’exploration haptique. Dans la liste qui suit, sont indiqués entre parenthèse les propriétés associées à chaque mouvement d’exploration :

Le mouvement latéral (textures) :
Typiquement, les doigts frottent dans les deux sens une petite zone. Des surfaces intérieures sont explorées, plutôt que des bordures.
La pression (conformité) :
Une force ou un couple est appliqué à l’objet, ce dernier étant stabilisé.
Le contact statique (température, étirements) :
L’objet est soutenu, tandis qu’une main se repose passivement sur lui.
Le maintient (poids) :
L’objet est soulevé et maintenu dans la main, sans chercher à le serrer. Il s’agit typiquement d’un effort du bras ou du poignet.
L’enveloppement (forme, volume global) :
La main assure le plus de contacts possibles avec l’objet. Les doigts, la paume sont mis à contribution.
Le suivi de contours (forme, volume exact) :
Le mouvement est continu et non-répétitif sur un bord de l’objet. Une main peut maintenir l’objet en place.

Les résultats expérimentaux ont indiqué que dans une tâche libre d’exploration, le mouvement de la main dépendait de la caractéristique recherchée.