Interaction temps réel :
des capteurs aux actionneurs

Séminaire présenté le 1er avril 2004 à l'ENSAV La Cambre - Bruxelles (Ecole Nationale Supérieure d'Arts Visuels), dans le cadre du cours d'Arts Numériques

Capteurs

Modèle de l’être humain au sens des capteurs…

Un capteur mesure des grandeurs physiques
L’homme n’est qu’un obstacle mobile pesant opaque caractérisé par :

Volume, taille -> distance
Poids -> masse
Mobilité -> vitesse, position
Changement de forme -> mesure de déformation
Non transparence -> luminosité
Source de chaleur -> température
Source de bruit -> son

Exemple d'etre humain...
Exemple de ce qu'un capteur identifie comme un ètre humain...

Classification par grandeurs physiques captées

- Paramètres physiques mécanique
contact, force, pression, accélération, vitesse de rotation

- Paramètres physiques environnementaux
Température, humidité, pression, gaz ou fumée
ou substances chimiques, champ magnétique terrestre

- Ondes sonores
Son, volume sonore, ultrasons, effet Doppler à ultrasons

- Ondes électromagnétiques basses fréquences
Effet Doppler radar, télémètre laser, interrupteur capacitif, Theremin

- Ondes infra-rouges
Capteurs pyroélectriques, barrière infra-rouge, réflexion infra-rouge,
télémètre par triangulation optique

- Ondes lumineuses visibles
Photorésistances, barrettes CCD, caméras

- Ondes électromagnétiques hautes fréquences
Compteurs Geiger

Pour chaque capteur :

- Description, principe physique, applications

- Caractéristiques du signal donné par le capteur
    - Signal tout ou rien / signal graduel
    - Capteurs lents / rapides / temps réel
    - Capteurs longue portée / de proximité
    - Champ large / réduit

- Limitations, contraintes d’exposition

Capteurs mécaniques simples :

Interrupteur simple

- contacteur mécanique
- contacteur magnétique

Aimants

Interrupteurs au sol

- tapis sensitif une zone / zones multiples

Tapis contact 4 zones
Exemple de zones de tapis sensitif à 4 zones concentriques, recouvertes ensuite par la mousse et le revètement.

Potentiomètre

- analogique : rotatif ou lineaire
- numérique : roue codeuse, codeur incrémental

Potentiomètre totatif
Potentiomètres

Capteurs mécaniques : statique ou dynamique

Capteurs resistifs sensibles à la pression/déformation

Capteurs FSR : contact, pression, poids, posture...
Jauge de contrainte
Capteurs de flexion
Ecran tactile

Flexion

FSR

Dalle deux axes Dalle FSR 2 axes

Capteurs d’accélération

accéléromètres, inclinomètres
gyromètres

Grandeurs physiques environnementales

- Humidité
- Pression
- Gaz, fumée, substances chimiques

- Température

- Capteurs météo : air / sol / eau
Sondes souvent couplées à un capteur d’humidité

Capteur meteo

- Thermistances

Capteur de température

- Champ magnétique terrestre

Capteur magnétique à effet hall
Capteur magnéto-résistif

Capteur boussole
Boussole

Champ magnétique terrestre
Axe magnétique de la Terre

Notion d’onde

- Absence de contact

- Capteurs environnementaux
pas de contact humain
mais interaction directe avec la chose mesurée

- Autres capteurs
Pas de contact direct (ni humain, ni gazeux)
Emission et/ou réception d’ondes

- Spectre des divers types d'ondes

-> Toutes peuvent être mesurées / captées / analysées / utilisées en art

Ondes sonores

Capteur sonore 1 : microphone

Principe
- Micro à électret
- Micro à bobine ou électrodynamique

Caractéristiques
Capteur à fort débit / temps réel
Types de micro :
  Micro omnidirectionnel
  Micro directionnel
  Portée très variable

Micro Micro

Applications artistiques
Prise d’ambiance sonore / restitution à distance
Réaction à un son précis

Silophone : performance présentée à Interférences 2000.

Capteur sonore 2 : volume sonore

Principe
- Récupérer le signal issu d’un micro
- Faire une détection d’enveloppe avec un montage électronique adapté

Capteur simple de volume sonore - enveloppe du son
Capteur de volume sonore

Caractéristiques
Capteur + lent

Enveloppe sonore

Télémètre à Ultrasons

Principe
Imitation de la chauve-souris
Nécessité d’une émission régulière d’ultrasons

Transducteur ultrason
Exemple de transducteur à ultra-sons

Telemetre ultrason - capteur de distance par echo.
Telemetre à ultrason Midi

Détection des obstacles
Attente de l’écho proportionnelle à la distance

Utilisation artistique
- Mesure de distance
- Mesure de vitesse
- Détection de présence
- Détection de mouvements

Ondes électromagnétiques basses fréquences

- Effet Doppler radar
- Télémètre laser

- Theremin et détecteurs capacitifs

Principe
Capteurs sensibles à la présence
et à la proximité

Utilisation en art
- Musique
- Détecteur de proximité
- Détection de mouvements fins

Ondes infra-rouges

Capteur pyroélectrique

Principe
Sensibilité à une variation de température
Généralement associés à une lentille de Fresnel
Ne permet pas de détecter la présence immobile de personnes

Capteur pyro-électrique - detection de chaleur et mouvement.
Capteur pyro-electrique

Principe de détection d'un capteur pyroelectrique : 2 zones sensibles

Utilisation artistique
- Détection de mouvement
- Détection de passage

Précautions
Disposition et orientation du capteur
Eviter les sources de chaleur
Capteur lent, saturé par la foule

Capteurs à infra-rouge (IR)

Principe
Emettre et capter un signal de lumière infrarouge codé

Plusieurs types de capteurs
- Barrière IR courte et longue portée
- Détecteurs de proximité
- Télémètre
- Réflexion infra-rouge

Exemple de barrière infrarouge

Utilisation artistique
discrets car éclairés par une lumière invisible pour l'oeil humain
- Détection de franchissement d’une ligne
- Détection de présence dans une direction

Limitations
- Aveuglement du capteur en lumière directe
- Parasitage mutuel de barrières rapprochées

Télémètre par triangulation optique

Caractéristiques
- Tout ou rien / ou / proportionnel
- Détecteurs de proximité
- Repliement du signal

Proximètre requin-marteau (signal variant selon la distance) et proximetre ET (signal tout ou rien)

Signal de sortie du module de base contenu dans le proximetre requin-marteau

Ondes lumineuses visibles

Capteurs photoélectriques

Principe
Capteur sensible à la quantité de lumière reçue
Une variation de lumière provoque une variation de signal

LDR (light dependant resistor)

Plusieurs types de capteurs

Exemple de capteurs LDR analogiques directives

Seuil de réaction ou mesure de variation
- Transistor - Commandes tout ou rien
- Optique - Détection de passage à longue distance
- Écran TV - Détection de mouvements en temps réel

Utilisation artistique
- Détection de présence
- Détection de passage et de mouvement
- Télémètre optique