par Nicolas Prouillac et Arthur Scheuer | 29 septembre 2016

Les propos ayant servi à réali­­ser cette histoire ont été recueillis par Nico­­las Prouillac et Arthur Scheuer au cours d’un entre­­tien avec la co-fonda­­trice de Tactai, Kathe­­rine Kuchen­­be­­cker. Les mots qui suivent sont les siens. Nos mains sont l’élé­­ment clé de notre inter­­ac­­tion avec le monde, qu’il soit réel ou virtuel. On ne sait pas ce que c’est que d’es­­sayer de contrô­­ler son corps sans le toucher. Les robots n’ont pas de peau, ils n’ont pas conscience de buter dans des obstacles et ils ont des moteurs à la place des muscles. Il est très diffi­­cile de simu­­ler ce que repré­­sente le toucher pour un être humain. D’une certaine manière, la réalité virtuelle aide à comprendre ça : on est plongé dans un envi­­ron­­ne­­ment en trois dimen­­sions mais il nous est impos­­sible de toucher les objets qui nous entourent. Nos mains passent à travers. Ce problème est en passe d’être résolu.

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Une utili­­sa­­trice du Tactai Touch dans le labo­­ra­­toire de l’UPenn
Crédits : Tactai

Haptique

J’ai grandi en Cali­­for­­nie du Sud où je suis allée à l’uni­­ver­­sité de Stan­­ford. J’y ai étudié le génie méca­­nique. Tout tour­­nait autour de la physique appliquée et de la compré­­hen­­sion des dyna­­miques et des trans­­for­­ma­­tions du monde. Je me suis prise de passion pour la concep­­tion de tech­­no­­lo­­gies inno­­vantes avec lesquelles il serait possible d’in­­te­­ra­­gir direc­­te­­ment. Méca­­tro­­nique, capteurs, robo­­tique : tous ces champs m’in­­té­­res­­saient. Mon premier amour était l’étude des inter­­ac­­tions homme-machine. En 1988, j’ai fait un stage chez IBM. J’y ai travaillé sur des capteurs dont le but était de nous faire inter­­a­gir d’une façon inédite avec les ordi­­na­­teurs. Cet été-là, j’ai travaillé sur les premiers proto­­types de tablettes : nous avons pris 30 ordi­­na­­teurs portables que nous avons custo­­mi­­sés pour les équi­­per d’écrans tactiles. Nous étions persuadé que cette inven­­tion avait de l’ave­­nir. Paral­­lè­­le­­ment à cela, j’ai décou­­vert que j’ado­­rais ensei­­gner et travailler avec les étudiants. C’est pourquoi je me suis lancée dans un docto­­rat à Stan­­ford : pour deve­­nir profes­­seure. Lorsque j’ai décidé d’en­­tre­­prendre mon docto­­rat, je me suis deman­­dée quel genre de recherches j’avais envie de pour­­suivre. Je ne viens pas d’une famille d’in­­gé­­nieurs. La plupart évoluent dans le champ de la méde­­cine : ma mère est cher­­cheuse et psycho­­logue, mon père est chirur­­gien, ma sœur vété­­ri­­naire et mon frère est physi­­cien. Cela m’a influen­­cée malgré moi et j’ai travaillé avec un grand nom de la chirur­­gie robo­­tique qui m’a conduit en salle d’opé­­ra­­tion, pour qu’on conçoive ensemble le proto­­type d’un appa­­reil médi­­cal qu’il avait imaginé.

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Kathe­­rine Kuchen­­be­­cker
Crédits : UPenn

À l’in­­ter­­sec­­tion de tous ces domaines de connais­­sance se trouve l’haptique. Il s’agit de l’étude scien­­ti­­fique du toucher, de la façon dont nous inter­­a­gis­­sons physique­­ment avec le monde. C’est l’hap­­tique qui permet aux êtres humains comme aux robots de saisir des objets, de coor­­don­­ner leurs mouve­­ments, de ressen­­tir le monde et d’in­­te­­ra­­gir avec lui. Elle est aussi à la base de l’in­­te­­rac­­tion homme-machine, comme avec la réalité virtuelle (VR), la réalité augmen­­tée ou la chirur­­gie à distance. Mon direc­­teur de thèse avait été ingé­­nieur chez Intui­­tive Surgi­­cal, une entre­­prise de concep­­tion et de produc­­tion de robots médi­­caux de renom­­mée mondiale. J’ai commencé à travailler avec lui sur de nouveaux moyens de contrô­­ler et d’amé­­lio­­rer les systèmes robo­­tiques comme le Da Vinci, afin que le chirur­­gien aux commandes puisse véri­­ta­­ble­­ment sentir ce qu’il touche lorsqu’il opère. Cet instru­­ment sophis­­tiqué obéit au doigt et à l’œil de l’opé­­ra­­teur, mais lui ne ressent rien en retour. Ce genre de casse-tête à résoudre n’a jamais cessé de me fasci­­ner. Après avoir fondé mon propre labo­­ra­­toire, j’ai conti­­nué à travailler sur ces sujets et à m’in­­té­­res­­ser à la réalité virtuelle. Je me suis lancée dans un grand projet dont le but était d’en­­re­­gis­­trer les sensa­­tions que provoquent diffé­­rentes surfaces au toucher, puis à les recréer de façon réaliste dans un envi­­ron­­ne­­ment virtuel. C’est ce qu’on appelle l’hap­­to­­gra­­phie, ou la photo­­gra­­phie haptique. Mais je n’ai jamais aban­­donné la chirur­­gie robo­­tique et les autres champs de la robo­­tique.

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Lorsque je donne des cours à des enfants, je leur demande : « Quels sont nos cinq sens ? » Ils répondent alors : « La vue, l’odo­­rat, le goût, l’ouïe et le toucher. » Et lorsque je leur demande quel est leur préféré, ils répondent tous la vue, parce que c’est avec lui qu’on regarde la télé et qu’on observe le monde qui nous entoure. Tous nos sens jouent des rôles diffé­­rents et impor­­tants dans nos vies, mais les gens tiennent géné­­ra­­le­­ment la vue et l’ouïe pour être les plus précieux, du fait des inter­­ac­­tions qu’ils nous permettent d’avoir avec le monde. Le toucher est au moins aussi impor­­tant, peut-être même plus, mais c’est pour­­tant celui qui vient en dernier. Et ce pour une raison simple : il ne s’éteint jamais. C’est un sens plus riche que les autres.

Tandis que la vision est centra­­li­­sée dans nos yeux et que l’ouïe l’est prin­­ci­­pa­­le­­ment dans nos oreilles, le toucher s’ex­­prime dans tout le corps. On peut sentir notre cœur battre dans notre poitrine, l’air s’en­­gouf­­frer dans nos poumons et notre nour­­ri­­ture se dépla­­cer dans notre esto­­mac. Ses fonc­­tions tactiles nous permettent de ressen­­tir les choses dans notre peau : l’en­­droit d’un contact, la pres­­sion, la qualité d’une texture, les vibra­­tions ou la tempé­­ra­­ture. Mais le toucher a aussi une fonc­­tion kines­­thé­­sique qui nous permet de nous orien­­ter, de mesu­­rer notre force ainsi que d’éva­­luer notre posi­­tion et celle des éléments du monde exté­­rieur, grâce à un ensemble de récep­­teurs extrê­­me­­ment sensibles. C’est la raison pour laquelle on sait instinc­­ti­­ve­­ment où se trouvent nos membres et qu’on n’a pas besoin de regar­­der nos mains pour qu’elles agissent. Notre cerveau enre­­gistre constam­­ment cette foule d’in­­for­­ma­­tions pour nous aider à maîtri­­ser les mouve­­ments de notre corps et coor­­don­­ner nos actions. On n’y fait géné­­ra­­le­­ment pas atten­­tion, mais lorsqu’on essaie de program­­mer un robot pour qu’il puisse se dépla­­cer dans l’es­­pace de façon cohé­­rente, on prend conscience de la diffi­­culté de l’en­­tre­­prise.

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Confé­­rence PopTech
Crédits : PopTech/Flickr

VR

J’évo­­lue dans plusieurs domaines à la fois. Je travaille sur des robots auto­­nomes, sur leur contrôle à distance et sur la réalité virtuelle. C’est un spectre de disci­­plines très complé­­men­­taire et syner­­gique : ce qu’on découvre dans l’une nous en apprend sur les autres. Si l’on se foca­­lise simple­­ment sur la concep­­tion de robots auto­­nomes, on n’ap­­pren­­dra pas grand-chose sur le fonc­­tion­­ne­­ment du toucher humain. Ce qui pose problème quand, comme moi, on essaie de répliquer ces stimu­­la­­tions dans un envi­­ron­­ne­­ment virtuel. Les signaux qu’on doit retrans­­crire fidè­­le­­ment pour que l’uti­­li­­sa­­teur plongé dans la VR ressente les objets qui l’en­­tourent sont les mêmes que ceux que néces­­site un robot pour être capable de se mouvoir, de ressen­­tir et de réagir au monde réel. J’ai fait mes premiers pas dans la réalité virtuelle en prépa­­rant mon docto­­rat à Stan­­ford. Mon direc­­teur de thèse a eu l’idée d’un appa­­reil médi­­cal utili­­sant l’hap­­tique pour rendre tangible la VR, et cette idée a commencé à germer en moi. C’était une idée brillante, l’aube d’une révo­­lu­­tion scien­­ti­­fique : nous allions doter les objets virtuels de la texture du réel. L’idée n’était pas nouvelle, cepen­­dant. Le PHANToM Haptic Inter­­face est un petit robot qu’on pose sur son bureau dont on peut saisir le bras pour mani­­pu­­ler des choses à l’écran. Il se termine par une sorte de stylet et il est pourvu de moteurs qui, lorsqu’on touche un objet virtuel, s’ac­­tivent pour rendre la pres­­sion propor­­tion­­nel­­le­­ment. C’est un procédé ingé­­nieux, mais les objets ne donnent pas la sensa­­tion d’être réels. Ils semblent toujours faux et synthé­­tiques. Nous voulions resti­­tuer fidè­­le­­ment les sensa­­tions que provoquent le toucher dans la vie réelle. Et pour créer cette illu­­sion, on ne pouvait pas se conten­­ter d’un ressort.

Combi­­née à des graphismes convain­­cants, la sensa­­tion sera grisante.

Mais comment captu­­rer les sensa­­tions ressen­­ties au contact d’un objet ? Nous avons inventé un device équipé de nombreux capteurs, tenant dans la main. Grâce à son capteur de force, il peut déter­­mi­­ner la puis­­sance avec laquelle on touche l’objet ; ses capteurs de tracking permettent de loca­­li­­ser préci­­sé­­ment les endroits et la façon dont on le déplace ; et enfin, ses capteurs de vibra­­tions et son accé­­lé­­ro­­mètre enre­­gistrent la texture de l’objet. Cela nous permet de faire la diffé­­rence entre un morceau de bois et une étoffe de soie. Ces infor­­ma­­tions sont ensuite extraites sous forme d’ondes uniques pour chaque objet, que nous clas­­sons sous forme de HOP (Haptic Object Proper­­ties) dans une vaste biblio­­thèque. Lorsqu’on touche par la suite un morceau de bois virtuel, son contact repro­­duit fidè­­le­­ment la richesse des carac­­té­­ris­­tiques de l’objet réel. C’est le travail pour lequel je suis la plus recon­­nue et nous l’avons mis à profit pour créer le Tactai Touch. Nous attei­­gnons aujourd’­­hui un degré de réalisme bluf­­fant, sans avoir à utili­­ser de maté­­riel exces­­si­­ve­­ment coûteux.

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Depuis le début de mes recherches, j’ai toujours souhaité que nos inven­­tions atteignent le grand public. Je n’étais pas la seule. Je me souviens qu’a­­près une démons­­tra­­tion lors d’une confé­­rence à Séoul, les employés de Samsung qui ont pu essayer notre proto­­type l’ont trouvé génial. Mais je suis ingé­­nieure, je n’au­­rais jamais su fonder une entre­­prise et lancer le fruit de mon travail sur le marché. La chance s’en est char­­gée. Steven Dome­­ni­­kos est venu à moi. C’est un entre­­pre­­neur expé­­ri­­menté de Boston qui a débuté sa carrière comme ingé­­nieur en infor­­ma­­tique. Il s’y connaît en hard­­ware et il avait lancé et vendu quatre ou cinq star­­tups tech avant de me rencon­­trer. Il y a quelques années, il a monté un incu­­ba­­teur et s’est demandé ce qu’il pour­­rait faire ensuite. Il a décou­­vert l’hap­­tique par hasard et s’y est inté­­ressé. Il s’est mis en quête de scien­­ti­­fiques partants pour monter un projet commer­­cial dans le domaine. Certaines personnes ont fini par lui recom­­man­­der de s’adres­­ser à une certaine Kathe­­rine Kuchen­­be­­cker. J’ai reçu un email venu de nulle part durant l’été 2014, et nous avons longue­­ment discuté. Nous nous sommes très bien enten­­dus. Dès le départ, nous avions tous deux envie de mettre entre les mains des consom­­ma­­teurs une tech­­no­­lo­­gie plus avan­­cée que la moyenne. Les démons­­tra­­tions auxquelles on assiste dans ces conven­­tions spécia­­li­­sées donnent à voir des tech­­no­­lo­­gies bien plus pous­­sées que celles mises à dispo­­si­­tion du grand public. Steven a donc investi de son propre argent dans l’af­­faire et c’est comme ça que Tactai est né, en embarquant mon labo­­ra­­toire dans l’aven­­ture. Nous avons décro­­ché la Phase I d’une subven­­tion d’État pour déve­­lop­­per notre projet et en faire un produit commer­­cial.

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Les déve­­lop­­peurs peuvent d’ores et déjà utili­­ser le code de Tactai
Crédits : Tactai

À la clé, 150 000 dollars et six mois pour réali­­ser un premier proto­­type. Nous avons travaillé d’ar­­rache-pied et la première version du Tactai Touch – que nous n’avons cessé d’amé­­lio­­rer depuis – a vu le jour à la fin de l’an­­née 2015. Nous avons postulé pour la Phase II de l’aide en janvier dernier et nous l’avons décro­­chée dans le courant de l’été. C’est une chance inouïe. Nous avons reçu 750 000 dollars de plus pour aller plus loin. C’est le signe que nous sommes sur la bonne voie.

Tactai Touch

Le Tactai Touch fonc­­tionne de la manière suivante : l’uti­­li­­sa­­teur porte un petit acces­­soire sur le bout du doigt, géné­­ra­­le­­ment l’in­­dex de la main droite. Nous nous foca­­li­­sons sur l’in­­dex non seule­­ment car il s’agit du doigt utilisé instinc­­ti­­ve­­ment pour dési­­gner les choses qu’on veut toucher, mais aussi car en mesu­­rant la distance entre ce dernier et le pouce, le device permet de saisir les objets virtuels. Il s’en­­file confor­­ta­­ble­­ment sur le doigt, de façon à ne pas gêner les mouve­­ments de l’uti­­li­­sa­­teur. À l’in­­té­­rieur se trouve une petite plate­­forme qui entoure la première phalange de l’in­­dex sans la toucher. Les capteurs du Tactai Touch permettent de loca­­li­­ser sa posi­­tion et de suivre ses mouve­­ments.

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Le dernier proto­­type en date
Crédits : Tactai

Il faut ensuite dispo­­ser d’un envi­­ron­­ne­­ment virtuel – il peut s’agir d’un jeu, d’un logi­­ciel éduca­­tif ou d’un site d’achats en ligne. Prenons l’exemple de l’ap­­pli­­ca­­tion d’une boutique de vête­­ments. Vous avez sous les yeux une modé­­li­­sa­­tion en 3D du produit qui vous inté­­resse et grâce au Tactai Touch, en plus de pouvoir l’exa­­mi­­ner sous toutes les coutures, vous pouvez le toucher. C’est là que la magie opère : notre logi­­ciel sait lorsque vous touchez l’objet et il génère ce qu’on appelle une onde tactile dyna­­mique. La plate­­forme à l’in­­té­­rieur du device s’ac­­tive et retrans­­crit la sensa­­tion du vête­­ment au bout de votre doigt. Il pour­­rait aussi s’agir d’un canapé. Lorsque vous entrez en contact avec sa surface, la plate­­forme vibre au bout de votre doigt d’une façon unique. Plus vous pres­­se­­rez sur l’objet et plus la pres­­sion s’in­­ten­­si­­fiera. Si vous touchez le bras du canapé, le contact sera dur, s’il s’agit du cuir, vous aurez la sensa­­tion de vous enfon­­cer dedans. Et en passant le doigt le long de sa surface, vous pour­­rez sentir la texture de son revê­­te­­ment, sa douceur ou sa rudesse. Cette pres­­sion est géné­­rée par une vibra­­tion, mais elle n’a rien à voir avec celle d’un smart­­phone qui vibre pour atti­­rer l’at­­ten­­tion. Elle fait appel à un vaste panel de sensa­­tions qui retrans­­crivent une fréquence unique simu­­lant ce qu’on ressent en touchant l’objet dans la réalité. Certaines sont quasi­­ment imper­­cep­­tibles, mais notre cerveau sait inter­­­pré­­ter les signaux les plus infimes. Combi­­née à des graphismes convain­­cants, la sensa­­tion sera grisante.

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Le Tactai Touch pour­­rait avoir de multiples appli­­ca­­tions : films en 3D, jeux vidéo, contenu en ligne, tourisme virtuel… on peut même imagi­­ner pouvoir toucher les œuvres des musées grâce à lui, ou cares­­ser la surface d’une autre planète. Les artistes pour­­ront l’uti­­li­­ser pour créer des conte­­nus exclu­­sifs et origi­­naux. Il aura aussi sa place à l’école, non seule­­ment en méde­­cine mais dans toutes sortes de champs éduca­­tifs comme la physique, la méca­­nique ou la robo­­tique, pour les petits comme pour les adultes. Les desi­­gners pour­­ront enfin l’uti­­li­­ser pour conce­­voir la forme d’une voiture, d’une chaus­­sure ou d’une sculp­­ture. Et ce ne sont là que quelques exemples. Il s’agit d’amé­­lio­­rer l’in­­te­­rac­­ti­­vité propo­­sée à l’uti­­li­­sa­­teur dans un envi­­ron­­ne­­ment virtuel. Nous n’en sommes qu’aux prémices de ses possi­­bi­­li­­tés mais la réalité virtuelle a besoin de deve­­nir tangible. Nous voulons créer une tech­­no­­lo­­gie qui touchera le plus de gens possibles. En tant que scien­­ti­­fique, j’ai toujours été atti­­rée davan­­tage par les solu­­tions simples plutôt que par les proces­­sus complexes. Notre device sera commer­­cia­­lisé à un prix abor­­dable. Nous aurions évidem­­ment pu déve­­lop­­per dans mon labo­­ra­­toire une machine coûtant des milliers et des milliers de dollars à fabriquer, mais elle n’au­­rait pas le même impact. Les proto­­types actuels du Tactai Touch coûtent moins de 12 dollars à réali­­ser. Toute la magie vient du logi­­ciel, pas du hard­­ware. Nous verrons comment les choses évolue­­ront mais dans le futur, peut-être pour­­rons-nous porter plusieurs Tactai Touch en même temps, ou mieux : suppri­­mer le hard­­ware.

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Crédits : Tactai

Traduit de l’an­­glais par Nico­­las Prouillac et Arthur Scheuer d’après un entre­­tien avec Kathe­­rine Kuchen­­be­­cker. Couver­­ture : La VR enfin palpable. (Vox/Ulyces)


COMMENT J’AI INSPIRÉ TONY STARK

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John Under­­kof­­fler n’a pas seule­­ment imaginé les ordi­­na­­teurs de Mino­­rity Report et Iron Man, il les a créés. Il entend bien révo­­lu­­tion­­ner notre utili­­sa­­tion de l’in­­for­­ma­­tique.

Les propos ayant servi à réali­­ser cette histoire ont été recueillis par Clémence Postis au cours d’un entre­­tien avec John Under­­kof­­fler. Les mots qui suivent sont les siens. L’in­­for­­ma­­tique m’a fasciné très jeune. Quand j’étais au collège, mon profes­­seur de mathé­­ma­­tiques a apporté en classe quelques modèles du TRS-80 de Radio Shack. J’ai passé toute une partie de mon été avec lui, à expé­­ri­­men­­ter leurs atouts péda­­go­­giques et à cher­­cher ce qu’ils pouvaient appor­­ter de plus dans l’en­­sei­­gne­­ment. À la même époque, mon oncle avait un ami, un excen­­trique complè­­te­­ment fou de radio. C’était un amateur, mais son toit était recou­­vert d’an­­tennes gigan­­tesques et il avait chez lui une pièce entière remplie de radios et d’or­­di­­na­­teurs. C’était assez impres­­sion­­nant et ce fut une grande source d’ins­­pi­­ra­­tion. Et puis, à la toute fin des années 1970, ma famille a acheté un Apple II Plus, une machine extra­­or­­di­­naire. Elle était si simple, faite d’un seul bloc, vous pouviez tout apprendre, tout comprendre de son fonc­­tion­­ne­­ment, interne comme externe. Tout comprendre de son langage, de son élec­­tro­­nique… C’était une invi­­ta­­tion à la décou­­verte. Il n’y avait aucun logi­­ciel préins­­tallé contrai­­re­­ment aux ordi­­na­­teurs actuels, tout était à faire et à expé­­ri­­men­­ter. Je débu­­tais complè­­te­­ment, mais j’ai installé toutes sortes de programmes, des jeux, des logi­­ciels musi­­caux… J’ai vrai­­ment assisté à la nais­­sance d’un nouveau média.

John Underkoffler présente son interface utilisateurCrédits : TED
John Under­­kof­­fler présente son inter­­­face utili­­sa­­teur
Crédits : TED

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