Art et Science - Virtual'art : Infohaptie : le toucher à portée de la main, par Héloïse Bouillard

Chaque jour, consciemment ou non, nous sommes assaillis d'informations qui stimulent nos sens du toucher. Et si aujourd'hui l'homme pouvait recréer et simuler ces sensations ?

Retour sur un sens souvent mal connu

- La sensation des textures, c'est-à-dire le sens tactile, est liée aux capteurs de la peau. Les informations de pression envoyées à ces capteurs permettent de déterminer le relief de l'objet.

Ce cher Homonculus sensitif que voici (photo à droite) est modelé en proportion de la sensibilité des parties du corps humain (plus exactement en fonction de la taille des différentes zones du cortex cérébral, qui correspondent chacune à une partie du corps).
Si les mains et la bouche de cet étrange personnage apparaissent démesurées, c'est que ces zones comportent beaucoup plus de récepteurs sensoriels que sur le reste du corps.

- Le sens thermique est, comme son nom l'indique, le sens qui procure une sensation de chaleur ou de froid. Il nous renseigne sur la température de l'objet par rapport à notre température, la sensation de chaleur ou de froid étant le résultat du contraste entre les deux. Ainsi, lorsque nous avons froid, les objets nous paraissent plus chauds.

Ce sens thermique donne également une information quant au matériau de l'objet : un métal semblera plus froid que du bois, même si les deux objets sont exactement à la même température.

- Enfin, la sensation des forces donnée par le sens kinesthésique, nous informe continuellement sur la position de notre corps et de l'effort fourni pour le mouvoir.

La vue est un sens passif, il n'est pas nécessaire d'interagir avec un objet pour le voir. Au contraire, le toucher est un sens totalement actif, et personnel qui plus est, puisque l'acte de toucher est chargé émotionnellement et envahit la sphère privée.

Infohaptie : simuler les sensations haptiques

Si l'haptique se définit comme la science du toucher et des phénomènes kinesthésiques - par analogie avec l'optique pour la vue, ou avec l'acoustique pour l'ouïe - l'infohaptie désigne la commande informatique de dispositifs de simulation haptique.

L'infohaptie est aux sens du toucher ce que l'infographie est au sens de la vue. Il s'agit de coupler des systèmes de commandes informatiques et de réalité virtuelle avec des dispositifs haptiques (bras robotisés, systèmes à picots ou a pneumatiques, etc.) afin de recréer les sensations du toucher. Ces dispositifs haptiques constituent donc des interfaces entre l'homme et la réalité virtuelle, et donnent l'illusion de toucher un dispositif réel : ce sont de véritables simulateurs interactifs.

Doigt

Comment recréer une perception provenant de l'effort exercé sur un élément virtuel ?
Lorsque l'on passe le doigt sur un objet, on obtient immédiatement plusieurs informations : en fréquence et en amplitude, nous renseignant ainsi sur le relief de l'objet, en température, et en résistance mécanique, ce qui nous indique la forme et la masse de l'objet.
Pour recréer une sensation il s'agit donc dans un premier temps de restituer l'information sur le relief, avec une fréquence d'environ 1000 Hz. En dessous de cette fréquence, notre cerveau n'est pas « dupe », il est capable de discerner la supercherie et de comprendre que la sensation n'est pas réelle. A titre de comparaison, la fréquence d'information pour l'œil se situe aux alentours de 10 ou 20 Hz, ce qui signifie qu'il est nettement plus aisé de faire croire le cerveau à une image réelle qu'à une sensation réelle.

Il est également possible de simuler une sensation thermique en étudiant comment le système sanguin réchauffe ou se fait réchauffer par les matériaux. Grâce à ces études, on peut en déduire des réponses typiques à chaque matériau : métal, bois, polystyrène, etc. Un dispositif haptique approprié peut ainsi simuler toute une gamme de matériaux divers et variés.
Enfin, à l'aide d'équations physiques, on peut simuler la résistance d'un objet selon sa masse et sa forme.

Une notion essentielle à tout dispositif infohaptique est la notion de transparence. Que l'on utilise un bras robotisé ou n'importe quel autre dispositif, l'expérience doit sembler tellement naturelle que l'utilisateur ne puisse plus dire s'il la sensation est réelle ou virtuelle. Il doit pouvoir oublier qu'il utilise un dispositif à la place de son véritable corps. S'il sent peser sur son lui quelque chose de lourd, avec une inertie anormalement élevée par rapport à celle de son bras, il aura immédiatement conscience que la sensation est virtuelle.

D'immenses possibilités

Gant haptique Les possibilités offertes par l'infohaptie sont immenses : il est possible d'étudier des scénarios réellement impossibles, ou difficiles à mettre en place. On peut notamment réaliser des expériences dites "dissonantes" où nos sens sont en désaccord entre eux. On peut par exemple simuler un crayon pour lequel plus on appuie sur la mine et moins le bruit produit par cette mine est fort, c'est-à dire l'exact inverse de ce qui se produit dans la réalité. Mais cette technologie peut également se révéler extrêmement utile pour des opérations à distance, ou virtuelles, puisqu'un retour haptique permet une bien meilleure appréhension des situations (contrôle de la force, précisions, finesse d'opération, etc.).

Quand l'art et l'haptique s'entremêlent

Sentez la résistance du bois sous votre burin, les contours de votre sculpture qui prennent forme. Mais soudain, un coup de ciseau à bois en trop, et c'est le drame : votre chef d'œuvre est ruiné… ou peut-être pas. On annule, Ctrl + Z et le tour est joué !

Comme tout procédé artistique, la sculpture virtuelle requiert une forte interaction entre le créateur et son ouvrage. Sentir la matière être modelée renforce l'immersion de l'artiste et facilite son activité créative, d'autant plus lorsqu'il visualise sa sculpture 3D sur un écran standard.
Sans retour d'effort, positionner ses outils est une tâche complexe pouvant nécessiter plusieurs changements de points de vue. De plus, l'utilisation des outils peut s'avérer relativement hasardeuse, l'artiste ne rencontrant aucune résistance matérielle. Une évolution naturelle est donc d'ajouter un retour d'effort à la sculpture virtuelle, afin d'améliorer l'immersion de l'artiste et de reproduire les sensations qui lui sont familières dans son travail de création.