Cette page personnelle présente quelques projets de recherches. L'objectif est la formation et le transfert industriel de produits et services innovants. On y trouve stylo et tablette digitale, coques tactiles pour la robotique, panneau impactile géant, sondes ultrasonores  ou encore des agitateurs et pompes ultrasonores. L'électronique d'acquisition et de commande des dispositifs est une composante importante du travail effectué. Les résultats illustrent 25 ans de R&D réalisée sur plusieurs sites différents, notamment, 3 laboratoires de l'École Supérieure de Physique et Chimie Industrielles de la ville de Paris (ESPCI), le laboratoire d'Optique Physique (LOP), le Laboratoire Ondes et Acoustique (LOA) et le Laboratoire d'Électricité Générale (LEG), la société Intelligent Vibrations SA (I-Vibe) et le CEA (DRT/LIST/DIASI/LISA). Une dernière partie est le fruit de collaboration (FDEConcept) et de recherches personnelles (JPNOV). Le financement de ces travaux est d'origine diverse, bourse du Ministère de la Recherche, contrats industriels, investisseurs privés et fonds propres.

La documentation disponible et les maquettes réalisées proposent aux étudiants, ingénieurs ou encore aux enseignants-chercheurs de prendre connaissance d'un sujet pour mieux l'appréhender, ou simplement l'appliquer, l'adapter ou l'évaluer pour leurs propres besoins. Pour les premiers, il s'agira de comprendre des principes ou encore de trouver des références bibliographiques, pour les seconds, de mettre en œuvre un procédé dans une étude de faisabilité, tandis que les enseignants pourront y puiser de nouveaux sujets de TD ou TP. Les entreprises trouveront ici un relai et un point de contact.

Les sujets abordés sont les suivants :

  1. Stylo digital ultrasonore et tablette graphique à stylet (ESPCI/LOP, UPMC, Apple Computer Europe). Ce sujet traite de l'écriture manuscrite avec un stylet informatique haute résolution (<0,1 mm ou 250 ppp) et cadence rapide d'acquisition (1000 points/seconde à 250 ppp). Cette technologie reste l'une des plus rapide en temps de réponse. Le stylet ne consomme quelques µA. La finesse d'écriture atteint aisément 40 µm soit 635 ppp (points par pouce) par moyenne mobile modérée de 10 et peut trouver une place dans les écrans Retina et autres afficheurs à densité de pixels élevée. Lien vers la publication.

Hand writing with digitizing stylus.       

  1. Panneau impactile (ESPCI/LOP, UPMC, I-Vibe, JPNOV, FDEConcept). Ces interfaces d'actionnement ludique permettent de localiser de petits impacts caractérisés par une énergie de l'ordre du mJ (milliJoule) portés à leur surface avec le plat de l'ongle (voir démo) ou tout autre petit objet (balle de ping-pong, etc...). Ce procédé de localisation est déterministe car il est déduit d'une formule mathématique (ci-dessous). C'est également l'un des plus rapides, puisque le temps de réponse est inférieur à 0,5 ms (milliseconde) pour un vitrage de 1m². Les applications concernent notamment les panneaux d'information de grande taille, typiquement de plusieurs mètres carrés visant une interaction naturelle (vitrine de boutique, de musée, etc...). Il décrit un procédé de mesure à temps de transit différentiel (en anglais TDOA = Time Différence Of Arrival) et son traitement du signal. Le sujet décrit également une IHM graphique conçue pour paramétrer ces interfaces géantes (FDE Concept) et permettant de les programmer en écrans tactiles, télécommandes infrarouges, digicode... Lien vers la publication

      

  1. Vitrage microphone (I-Vibe, JPNov, CEA). Ce sujet est une étude de performance (en mV/Pa) d'un vitrage en tant que microphone directionnel. Lien vers la publication

  2. Vitrage haut-parleur (I-Vibe, JPNov, CEA). Ce sujet vient en combinaison des deux précédents et fournit une étude de performance d'un vitrage en tant que haut-parleur (en dB acoustique par Watt électrique consommé) pour produire des interfaces multimodales. L'intérêt est ici l'intégration des capteurs dans l'épaisseur même du vitrage pour obtenir un HP plan, d'encombrement minimum. Les vitrages haut-parleurs plats sont conçus pour être utilisés dans des environnements où le facteur de forme est un paramètre essentiel. Ils peuvent produire un son d'une intensité et d'une qualité intéressantes, typiquement plus de 80dBlin dans une bande audio de 300Hz à 8kHz. Lien vers la publication

  3. Sonde sélective acoustique large bande à ondes transversales pour le Contrôle Non Destructif (ESPCI/LOA, CEA/DETECS). Ce sujet traite de la détection d'un faisceau ultrasonore à ondes longitudinales en incidence oblique sur une surface libre et comportant une proportion faible d'ondes de polarisation différente que celle du faisceau principal et que l'on cherche à observer. Ce travail propose un outil, une sonde ponctuelle, qui met en évidence un angle d'extinction pour lequel la sensibilité de la sonde au faisceau principal est minimale ce qui permet de déceler des défauts dans la matière par conversion de mode du faisceau principal. Les applications concernent l'identification de défauts de soudure dans des tubes de centrale nucléaire). Lien vers la publication.

         

  1. Transducteur large bande à ondes longitudinales (ESPCI/LEG, Zodiac/Intertechnique). Ce sujet traite de la conversion d'une impulsion électrique monopolaire (type impulsion de Dirac) en impulsion acoustique monopolaire. Il trouve un intérêt dans les dispositifs échographiques, notamment pour la détection de givre sur aile d'avion. Ce sujet traite de la fabrication de tels transducteurs à ultrasons.

       

  1. Contrôle par interféromètre optique hétérodyne de la composante normale d'une onde de Lamb symétrique S0 ou antisymétrique A0 (ESPCI/LOA). Ce travail est une modélisation de l'interaction acousto-optique pour des ondes de Lamb symétriques et antisymétriques de fréquence 1MHz se propageant dans une plaque de verre d'épaisseur 1 mm. Lien vers la publication.

  2. Palpeur sans contact à transducteurs à pointes (JPNov). Il s'agit d'un télémètre de précision permettant un contrôle dimensionnel sans contact de proximité, à quelques centimètres, par ondes ultrasonores haute fréquence, 1MHz, avec pour objectif d'atteindre une résolution de l'ordre de 1/10 de micron avec un temps de réponse inférieur à 10 ms, pour la détection de présence, la mesure d'épaisseur.

  3. Débitmètre ultrasonore à pointes pour gaz, de haute fréquence (700 kHz) et haute sensibilité (quelques mm/s de résolution sur la mesure de la vitesse du gaz en écoulement) (ESPCI/LEG, JPNov). Cet instrument est un compteur à grande plage de mesure applicable à des gaz de moyenne à forte densité (Air, N2, O2, CO2, propane, butane,...Xénon). Il peut servir au contrôle de la respiration par exemple comme spiromètre (mesure du volume pulmonaire) ou le contrôle du CO2 expiré (capnomètre).

  1. Moteur à ultrasons, à transducteurs à pointes ou à effet tsunami (ESPCI/LOP). Ce sujet donne deux exemples de moteurs à ultrasons. L'électronique de puissance (60Veff, 2 x 300 mAeff) fait l'objet d'une étude particulière.

Amplificateur Actionneur 

  1. Effusimètre ultrasonore à pointes (CEA). Sujet d'étude d'un instrument destiné à caractériser un processus de transfert de chaleur. L'analogie est celle d'un doigt artificiel chauffé entrant en contact avec un objet à température ambiante. Si la température du doigt est supérieure à celle de l'objet, il lui cède une partie de sa chaleur. Le processus dépend de la géométrie et de l'effusivité des matériaux en contact. Cette étude montre comment l'on peut caractériser acoustiquement un processus de transfert de chaleur.

  2. Convertisseur d'énergie piézoélectrique (CEA). Ce sujet traite dans un premier temps de la récupération d'énergie impulsionnelle à partir de composants piézoélectriques avec un rendement supérieur à 25¨%. Dans un deuxième temps, l'objectif est de réaliser un capteur ou actionneur ultrasonore autoalimenté pour la transmission d'information.

 

Convertisseur d'énergie impulsionnel.

  1. Surfaces tactiles acoustiques (ESPCI, ENSAM, CEA). Ce sujet traite des écrans et surfaces tactiles acoustiques multitouch à apprentissage sur plaque ou coques 3D. Une comparaison est faite avec d'autres technologies acoustiques déterministes ou à apprentissages. L'accent est porté sur la richesse d'interaction. Lien vers la publication.

 a)  Tactile Robot Shell  b)Tactile Robot Shell  c) Tactile Robot Shell Crédit photos (CEA / C. Dupont)

a) Toucher digital avec détection de la pression; b) Caresse; c) Grattage

 

  1. Surface tactile capacitive (CEA). Ce sujet traite de la conception d'une électronique de mesure de faibles perturbations capacitives. L'électronique sonde périodiquement jusqu'à 8 x 16 condensateurs de faible capacité <0,5 pF (picoFarad) avec une résolution inférieure au femtoFarad (0,001pF) et à une cadence de mesure élevée >50Hz (cliquer sur une photo pour voir une vidéo). Les applications concernent les surfaces tactiles et capteurs de force. L'étude met l'accent sur le principe de mesure, les ordres de grandeur, les problèmes des capacités parasites, et les fluctuations de signal à vide (en l'absence d'interaction) de ce type de capteur. La vidéo montre les perturbations (l'unité est le femtoFarad) engendrées par un doigt en contact sur des pistes de circuit imprimé.

Contrôleur capacitif   Perturbation tactile

  1. Filtres adaptatifs à ondes de surface (ESPCI/LEG). Ce sujet traite de la fabrication de filtres programmables à ondes de surface à peignes interdigités sur Niobate de Lithium, dans un premier temps à 30 MHz, avec des moyens limités de photogravure ne nécessitant pas de salle blanche, dans un deuxième temps à 200 MHz, avec des moyens sophistiqués de photogravure par faisceaux d'électrons.

Ce site Internet étant en construction, ne pas hésiter à poster une demande particulière sur l'un de ces sujets.

Jean-Pierre Nikolovski