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This work presents the control of a piezoelectric interface that combines two vibration modes of a plate to render the haptic feeling of a button click. By principle, the two vibration modes create an elliptical motion of particles of a beam that can induce a lateral force to the fingerpulp. In this device, the synchronization of the modes’ vibrations is essential, and can be obtained with a closed loop control. In the paper, we present the control in the (d,q) frame, because it can ensure the dynamic performances to achieve a compelling haptic feedback, yet being robust besides the external disturbances produced by the user’s finger. The proposed method could achieve a 2 ms response time, and the haptic feedback was perceived by 100% of users in a psychophysical study.

Recent studies have shown that a button click sensation could be simulated thanks to ultrasonic vibrations. In this context, a travelling wave may enhance the simulation because it creates internal lateral stresses that are released during the stimulation. However, this solution is difficult to integrate on plates. We present 2MoTac, a method which superpose a longitudinal and a bending mode simultaneously on a plate, in order to create a pseudo-travelling wave. We present the design, and a psychophysical study to deduce the optimal ratio between the bending and longitudinal mode amplitudes, in terms of detection threshold and robustness.

The invention relates to a touch interface comprising, on the one hand, an interfacial surface able to generate a haptic-feedback effect in response to a touch of said surface by a user, and, on the other hand, at least one piezoelectric actuator configured to generate, in said interfacial surface, at least one wave of ultrasonic frequency able to endow the particles of this surface with an elliptical movement having a movement component tangential to said surface, which component is denoted ut(t), and a movement component normal to said surface, which component is denoted un(t), wherein said wave of ultrasonic frequency is chosen so that the amplitude Ut of the tangential component ut(t) and the amplitude Un of the normal component un(t) are substantially equal.

Dispositif pour la création de sensations haptiques sur une surface à l’aide d‘ondes ultrasonores produisant des mouvements elliptiques

Les interfaces homme-machine actuelles consistent principalement en un écran tactile et ne disposent de manière générale que d'un retour visuel. Cette configuration a l'avantage de la facilité de fabrication et de la polyvalence, si bien qu'on la retrouve dans de nombreux cas d'usage. Cependant, paradoxalement, ces interfaces monopolisent l'attention visuelle des utilisateurs, ce qui pose problème dans certaines applications, comme l'automobile par exemple. Rajouter en plus du retour visuel un retour d'information par le canal tactile pourrait permettre de faciliter leur usage.Des méthodes permettant la stimulation tactile sur un écran, basé sur la modulation du frottement, ont été développées et implémentées par le passé. Par principe, le doigt glisse sur la surface pour donner lieu à une sensation de texture programmable. Mais la production d'un retour haptique doigt statique demeure un défi. Il permettrait de produire des simulations de boutons, et ainsi, d'un clavier virtuel, utilisable sans nécessairement avoir besoin du retour visuel.L'objectif de cette thèse est de proposer et d'implémenter une méthode permettant la production d'un retour haptique doigt statique de type « bouton programmable » sur une surface plane comme un écran OLED, en prenant en compte les contraintes liées à l'industrialisation.Pour cela, nous proposons une nouvelle approche, basée sur la superposition de deux modes de déformation à fréquence ultrasonore, qui permet la génération d'une force latérale sous le doigt. En modulant cette force en fonction de l'appui par l'utilisateur, une sensation de clic est produit. Les aspects conception mécanique, contrôle de la vibration en boucle fermée et évaluation psychophysique sont abordés, pour démontrer la faisabilité de la méthode proposée. Enfin, une méthode originale de conception permet d'appliquer cette approche à un écran tactile du commerce.