Capteurs tactiles robotiques pour une perception de contact riche : contributions à la conception, à la fabrication et au traitement signal de nouveaux capteurs tactiles basés sur le mélange de couleurs de marqueurs translucides

La perception tactile sous-tend l'impressionnante dextérité observée chez les humains mais également chez leurs homologues robotiques. Récemment, une nouvelle vague de capteurs tactiles reposant sur des caméras du commerce offre une image tactile dense du contact. Dans cette thèse, nous présentons un nouveau capteur tactile, appelé ChromaTouch, qui utilise une caméra pour capturer des images denses physiquement conduites de l'interaction tridimensionnelle qui se produit à l'interface entre la peau artificielle et l'objet touché. Le capteur mesure le champ de contrainte induit par le contact, en imaginant le motif et le changement de couleur de deux couches de marqueurs qui se chevauchent, l'un translucide et jaune et l'autre opaque et magenta. Le motif vu par la caméra est une fonction bijective du mouvement relatif des marqueurs permettant une reconstruction du champ de contraintes et de déformations à l'interface. Le capteur, doté de 441 éléments de détection, montre une grande robustesse à la luminosité externe et à la résolution de la caméra, et il est capable d'estimer le coefficient de frottement local de la surface de contact avec une simple pression. Une version hémisphérique a étendu les résultats à des formes arbitraires et est capable d'estimer la courbure locale via une simple presse en utilisant la théorie des contacts de Hertz. La détection du champ de déformation 3D dense au niveau du contact ouvre les portes à une mesure complète et physique de l'interaction. Une perception artificielle précise des propriétés de l'objet et de l'interaction peut informer l'exploration robotique, la saisie et la manipulation habiles.Tactile perception subserves the impressive dexterity found in humans but also found in their robotic counterparts. Recently, a new wave of tactile sensors relying on off-the-shelf cameras, provide a dense tactile image of the contact. However, by the way these sensors operate, the link between the mechanics of the skin and the tactile images is not evident. In this thesis, we present a novel camera-based tactile sensor, named ChromaTouch, which captures physically-driven dense images of the three-dimensional interaction that happens at the interface between the artificial skin and the touched object. The sensor measures the strain field induced by the contact, by imaging the pattern and color change of two overlapping markers array, one translucent and yellow and the other opaque and magenta. The motif seen by the camera is a bijective function of the relative motion of the markers allowing a reconstruction of the stress and strain field at the interface. The sensor, boasting up to 441 sensing elements, shows high robustness to external luminosity and camera resolution, and it is able to estimate the local coefficient of friction of the contact surface with one simple press. A hemispherical version extended the results to arbitrary shapes and is able to estimate the local curvature via a simple press using Hertz contact theory. Sensing the dense 3d deformation field at the contact opens the doors to a comprehensive, physically-based measurement of the interaction. Improved artificial perception of the object and of the interaction can inform robotic exploration, dexterous grasping and manipulation