The high/low frequency balance drives the perception of noisy vibrations

Noisy vibrotactile signals transmitted during tactile explorations of an object provide precious information on the nature of its surface. Linking the properties of such vibrotactile signals to the way they are interpreted by the haptic sensory system remains challenging. In this study, we investigated humans' perception of noisy, stationary vibrations recorded during exploration of textures and reproduced using a vibrotactile actuator. Since intensity is a well-established essential perceptual attribute, an intensity equalization was first conducted, providing a model for its estimation. The equalized stimuli were further used to identify the most salient spectral features in a second experiment using dissimilarity estimations between pairs of vibrations. Based on dimensionally reduced spectral representations, linear models of dissimilarity prediction showed that the balance between low and high frequencies was the most important cue. Formal validation of this result was achieved through a Mushra experiment, where participants assessed the fidelity of resynthesized vibrations with various distorted frequency balances. These findings offer valuable insights into human vibrotactile perception and establish a computational framework for analyzing vibrations as humans do. Moreover, they pave the way for signal synthesis and compression based on sparse representations, holding significance for applications involving complex vibratory feedback

On the multiplicity of the second eigenvalue of the Laplacian in non simply connected domains--with some numerics--

We revisit an interesting example proposed by Maria Hoffmann-Ostenhof, the second author and Nikolai Nadirashvili of a bounded domain in R2 for which the second eigenvalue of the Dirichlet Laplacian has multiplicity three. We also analyze carefully the first eigenvalues of the Laplacian in the case of the disk with two symmetric cracks placed on a smaller concentric disk in function of their size.Comment: 9 figure

A Real-time Synthesizer of Naturalistic Congruent Audio-Haptic Textures

International audienceThis demo paper presents a multi-modal device able to generate real-time audio-haptic signal as response to the users' motion and produce naturalistic sensation. The device consists in a touch screen with haptic feedback based on ultrasonic friction modulation and a sound synthesizer. The device will help investigate audio-haptic interaction. In particular the system is built to allow for an exploration of di↵erent strategy of mapping audio and haptic signal to explore the limits of congruence. Such interactions could be the key to more informative and user-friendly touchscreens for Human-Machine-Interfaces

Contributions à l'étude des partitions spectrales minimales

Ce travail porte sur le problème des partitions minimales, à l'interface entre théorie spectrale et optimisation de forme. Une introduction générale précise le problème et présente des résultats, principalement dûs à B. Helffer, T. Hoffmann-Ostenhof et S. Terracini, qui sont utilisés dans le reste de la thèse.Le premier chapitre est une étude spectrale asymptotique du laplacien de Dirichlet sur une famille de domaines en dimension deux qui tend vers un segment. L'objectif est d'obtenir une localisation des lignes nodales dans la limite des domaines minces. En appliquant les résultats de Helffer, Hoffmann-Ostenhof et Terracini, on montre ainsi que les domaines nodaux des premières fonctions propres forment des partitions minimales.Le deuxième chapitre étudie les valeurs propres de certains opérateurs de Schrödinger sur un domaine plan avec condition au bord de Dirichlet. On considère des opérateurs qui ont un potentiel électrique nul et un potentiel magnétique d'un type particulier, dit d'Aharonov-Bohm, avec des singularités en un nombre fini de points appelés pôles. On démontre que les valeurs propres dépendent continuement des pôles. Dans le cas de pôles distincts et éloignés du bord, on prouve que cette dépendance est analytique lorsque la valeur propre est simple. On exprime de plus une condition suffisante pour que la fonction qui aux pôles associe une valeur propre présente un point critique. On utilise alors la caractérisation magnétique des partitions minimales pour montrer que l'énergie minimale est une valeur critique d'une de ces fonctions.Le troisième chapitre est un article écrit en collaboration avec Virginie Bonnaillie-Noël. Il porte sur une famille d'exemples, les secteurs angulaires de rayon unité et d'ouverture variable, dont on tente de déterminer les partitions minimales. On applique pour cela les théorèmes généraux rappelés dans l'introduction afin de déterminer les partitions nodales qui sont minimales. On s'intéresse plus particulièrement aux partitions minimales en trois domaines. En appliquant les idées du deuxième chapitre, on montre que pour certaines valeur de l'angle, il n'existe aucune partition minimale qui soit symétrique par rapport à la bissectrice du domaine. D'un point de vue quantitatif, on obtient des encadrements précis de l'énergie minimale.Le quatrième chapitre consiste en l'étude des partitions minimales de tores plats dont on fait varier le rapport entre longueur et largeur. On utilise une méthode numérique très différente de celle du troisième chapitre, basée sur un article de B. Bourdin, D. Bucur et É. Oudet. Elle consiste en une relaxation suivie d'une optimisation par un algorithme de gradient projeté. On peut ainsi tester des résultats théoriques antérieurs. Les résultats présentés suggèrent de plus la construction explicite de familles de partitions (en liaison avec des pavages du tore) qui donnent une nouvelle majoration de l'énergie minimale.Un dernier chapitre de perspectives présente plusieurs applications possibles des méthodes décrites dans la thèse.This work is concerned with the problem of minimal partitions, at the interface between spectral theory and shape optimization. A general introduction gives a precise statement of the problem and recall results, mainly due to B. Helffer, T. Hoffmann-Ostenhof and S.Terracini, that are used in the rest of the thesis.The first chapter is an asymptotic spectral study of the Dirichlet Laplacian on a familly of two-dimensional domains converging to a line segment. The aim is to localize the nodal lines when the domains become very thin. With the help of the results of Helffer, Hoffmann-Ostenhof, and Terracini, we then show that the nodal domains of the first eigenfunctions give minimal partitions.The second chapter studies the eigenvalues of some Schrödinger operators on a domain with Dirichlet boundary conditions. We consider operators that have no electric potential and a so-called Aharonov-Bohm magnetic potential, which has singularities at a finite number of points called poles. We prove that the eigenvalues are continuous functions of the poles. When the poles are distinct and far from the boundary, we prove that this function is analytic, assuming the eigenvalue is simple. We also give a sufficient condition for the function to have a critical point. Using the magnetic characterization of minimal partitions, we show that the minimal enery is a critical value for one of these functions.The third chapter in an article written in collaboration with Virginie Bonnaillie-Noël. It studies minimal partitions for sectors of unit radius with a variable angular opening. We apply the general results presented in the introduction, together with numerical computations, to determine nodal partitions that are minimal. We focus on partitions into three domains. Using ideas from the second chapter, we show that, for some values of the angle, there is no minimal partition that is symmetric with respect to the bisector. Form a quantitative point of view, we obtain precise bounds on the minimal energy.The fourth chapter studies the minimal partitions of flat tori in function of the ratio between width and length. We use a numerical method that is quite different from chapter three, and is based on an article by B. Bourdin, D. Bucur, and É. Oudet. It consists in a relaxation of the problem, followed by optimization with the help of a projected gradient algorithm. The results shown here additionally suggest explicit families of partitions, which consist in tilings of tori by polygons, that give upper bounds on the minimal energy. In the last chapter we consider several possible applications of the methods described in the thesis.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Les convertisseurs électromécaniques d'énergie : des systèmes mécatroniques

International audienceLes actionneurs ou générateurs électriques modernes sont par essence des systèmes mécatroniques, ils sont en effet des objets fondamentalement mécaniques, ils exploitent des principes électromagnétiques pour la conversion d'énergie, de l'électronique de puissance pour son optimisation, des capteurs et de l'électronique de signal pour le contrôle. Après une synthèse du principe de conversion électromagnétique, deux exemples, issus de travaux de recherche effectués en collaboration entre électrotechniciens et mécaniciens, sont présentés. Ces dispositifs, utilisant des nouvelles structures de machines électriques, mettent en évidence l'imbrication forte de compétences nécessaires dès la conception initiale de l'objet pour en faire un produit performant et bien intégré. Modern electric actuators or generators are inherently mechatronic systems. They are mechanical things that exploit electromagnetic principles for energy conversion, power electronics for conversion optimization, sensors and control electronics. We present a synthesis of electromagnetic energy conversion, then we give two examples leading to of research works of electrical engineering and mechanical staffs. These examples are a flywheel energy storage accumulator and an electrical jack. Both are conceived of new electrical machines. They underscore strong interweaving necessary immediately from design step. This interweaving permits to conceive high performance, integrated and cost effective electromechanical products

Transgenic Overexpression of Active Calcineurin in β-Cells Results in Decreased β-Cell Mass and Hyperglycemia

BACKGROUND:Glucose modulates beta-cell mass and function through an initial depolarization and Ca(2+) influx, which then triggers a number of growth regulating signaling pathways. One of the most important downstream effectors in Ca(2+) signaling is the calcium/Calmodulin activated serine threonine phosphatase, calcineurin. Recent evidence suggests that calcineurin/NFAT is essential for beta-cell proliferation, and that in its absence loss of beta-cells results in diabetes. We hypothesized that in contrast, activation of calcineurin might result in expansion of beta-cell mass and resistance to diabetes. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS:To determine the role of activation of calcineurin signaling in the regulation of pancreatic beta-cell mass and proliferation, we created mice that expressed a constitutively active form of calcineurin under the insulin gene promoter (caCn(RIP)). To our surprise, these mice exhibited glucose intolerance. In vitro studies demonstrated that while the second phase of Insulin secretion is enhanced, the overall insulin secretory response was conserved. Islet morphometric studies demonstrated decreased beta-cell mass suggesting that this was a major component responsible for altered Insulin secretion and glucose intolerance in caCn(RIP) mice. The reduced beta-cell mass was accompanied by decreased proliferation and enhanced apoptosis. CONCLUSIONS:Our studies identify calcineurin as an important factor in controlling glucose homeostasis and indicate that chronic depolarization leading to increased calcineurin activity may contribute, along with other genetic and environmental factors, to beta-cell dysfunction and diabetes

Perception des textures audio-haptiques pour de nouvelles interactions avec un écran tactile

An ever-increasing number of human-machine interfaces have embraced touchscreens as their central component, such as in smartphones, laptops, terminals, etc. Their success has been particularly noticeable in the automotive industry, where physical buttons have been replaced by touchscreens to handle multiple elements of the driving environment. However, contrary to physical buttons, these interfaces do not possess any tangible elements that allows the user to feel where the commands are. Without tactile feedback, users have to rely on visual cues and simple adjustment tasks become significant distractions that may lead to dangerous situations while driving.Recently, haptic touchscreens have emerged to restore tangibility to these interfaces, by rendering the sensation of feeling textures and shapes through friction modulation. However, we still do not have a good understanding of how these synthetic textures are perceived by humans, which is crucial to design meaningful and intuitive haptic interfaces.In this thesis, I first show that the perception thresholds of friction modulated textures are similar to vibrotactile thresholds. Then, I investigate the perception of haptic gradients, i.e., textures whose spatial frequency gradually changes. Hence, a law that describes the minimal exploration distance to perceive a given gradient is deduced. This law is similar to the auditory perception of rhythm variations, which suggests that there are common mechanisms between the two modalities. Finally, I demonstrate that gradient haptic feedback can guide a user to adjust a setting on an interface without vision.The findings shed new light on the understanding of haptic perception and its multisensory interactions and open up new possibilities in terms of human-machine interaction.Les écrans tactiles ont envahi notre quotidien et sont maintenant présents dans un grand nombre d'appareils tels que les téléphones, les ordinateurs, les bornes de commande, etc. Leur succès a aussi gagné l'industrie automobile, où les écrans ont remplacé les boutons physiques pour gérer les paramètres de l'environnement de conduite. Cependant, contrairement aux boutons physiques, les interfaces sur écran tactile ne possèdent pas d'éléments tangibles permettant à l'utilisateur de sentir les commandes. Sans retours tactiles, les utilisateurs ne peuvent se fier qu'aux indications visuelles et de simples tâches de réglage peuvent devenir des distractions importantes au volant.Récemment, les écrans haptiques ont fait leur apparition pour redonner une certaine tangibilité à ces interfaces en permettant de procurer des sensations de texture et de relief à leur surface grâce à la modulation de frottement. Cependant, nous ne comprenons toujours pas bien comment ces textures synthétiques sont perçues par l’homme, ce qui est une question cruciale pour concevoir des interfaces haptiques pertinentes et intuitives.Dans cette thèse, je montre tout d’abord que les seuils de perception des textures par modulation de frottement sont similaires aux seuils de perception des vibrations. Ensuite, j’étudie la perception des gradients haptiques, des textures dont la fréquence spatiale évolue progressivement. Il en ressort une loi décrivant la distance minimale d’exploration pour percevoir un gradient donné. Cette loi se révèle similaire à la perception auditive des variations de rythme, ce qui suggère qu’il existe des mécanismes communs entre les deux modalités. Enfin, je démontre que les retours haptiques de type gradient peuvent guider un utilisateur pour lui permettre d’ajuster un paramètre sur une interface sans recourir à la vision. Ces résultats apportent un éclairage nouveau sur la compréhension de la perception haptique et ses liens avec la perception auditive, et ouvrent de nouvelles possibilités en termes d’interaction homme-machine