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Offre de thèse à l'ENSAM en RV/RA

Sujet : Aide aux opérations de maintenance par la réalité augmentée

Contexte:

La réalité augmentée connaît un intérêt croissant pour une utilisation dans l’usine. Elle permet l’affichage d’informations diverses à un opérateur sur le monde réel, afin par exemple d’assister l’opérateur dans des tâches telles que la maintenance d’une machine. La thèse a pour contexte l’apport destechnologies de la réalité virtuelle/augmentée pour améliorer la performance des personnels en usine, en particulier pour des opérations de maintenance. Les travaux seront réalisés en collaboration entre les Arts et Métiers et le groupe SUEZ

Etat de l’art et problématiques:

Avant de développer des interactions avec les données virtuelles, il est important de définir les scénarios d’usage et les besoins associés. En fonction de ce ceux-ci, les interactions peuvent plus ou moins être complexes. Aussi, lors de la définition des scénarios d’usage, est-il important de distinguer ce qui relève de la procédure ou du geste. Dans une procédure, le geste à réaliser – et donc les interactions – peuvent être simples car ce qui compte est de suivre une succession d’étapes dans un ordre défini, indépendamment du geste associé à chacune des étapes. Néanmoins, une étape particulière peut nécessiter la réalisation de gestes précis, par exemple pour réaliser une opération délicate ou dangereuse.

Une problématique consiste donc à déterminer le niveau de complexité des interactions avec les éléments virtuels répondant au mieux aux critères définis par les scénarios d’usage.

Par ailleurs, les modalités d’interaction avec les données en réalité augmentée restent embryonnaires. Si de nombreux travaux ont été effectués en réalité virtuelle pour faciliter l’interaction avec l’environnement virtuel, ceux-ci restent limités en réalité augmentée en raison des contraintes liées au monde physique : dispositifs d’interaction intrusifs, faible adéquation en termes de perception entre le monde réel et les données virtuelles, contexte d’utilisation des outils, absence de retours multi-sensoriels, performance de la tâche et impact sur les utilisateurs.

Les problématiques consistent donc à déterminer les modalités d’interaction permettant d’assister un opérateur et lui permettre une exécution optimale des tâches.

Enfin, l’assistance à l’opérateur ne se limite pas à afficher des informations virtuelles avec lesquelles celui-ci peut interagir. Elle peut concerner également la collaboration à distance avec d’autres opérateurs pour laquelle la problématique dépasse le simple cadre de l’interaction avec des données.

Les problématiques consistent à déterminer les modalités d’interaction les plus efficaces avec l’(les) autre(s) en termes de moyens de communication, de représentation éventuelle de l’(des) autre(s) collaborateurs.

Verrous scientifiques

Les verrous identifiés de ce projet de recherche sont les suivants :

Identification des modalités d’interaction adaptées au contexte et au profil de l’utilisateur

Utilisation de la multi-sensorialité pour améliorer l’interaction en termes de perception et de performance

Identification des meilleures modalités de représentation d’un collaborateur

Identification des meilleures modalités d’interaction avec le(s) collaborateur(s) en termes de communication et de partage d’informations (comment et quels éléments partager)

Définition de métriques de performance de la tâche et d’impact sur les utilisateurs, quantification du gain de l’utilisation des technologies de réalité augmentée pour l’exécution d’une tâche

Démarche proposée

Dans le cadre de cette thèse, il sera prévu de développer et d’évaluer des modalités d’interaction innovantes permettant d’optimiser la performance de la tâche et l’impact sur les utilisateurs selon le contexte d’usage et leur profil. Il s’agira en particulier d’étudier des techniques dites naturelles qui doivent permettre d’éviter l’utilisation de dispositifs intrusifs pour l’utilisateur.

La multi-sensorialité sera également étudiée afin de déterminer les sens humains les plus pertinents à exploiter dans le cadre d’une interaction en réalité augmentée (haptique, son, odorat).

Concernant la télé-collaboration, il est prévu de développer et d’évaluer des modalités d’interaction avec d’autres collaborateurs. Pour cela, une étude des moyens de communication optimaux sera réalisée. Des paramètres tels que la latence de communication seront pris en compte.

La représentation de l’autre sera également considérée ; il s’agira de développer et d’évaluer diverses métaphores de représentation du collaborateur distant et de déterminer la plus appropriée permettant un engagement optimal de l’utilisateur.

Pour évaluer la pertinence de modalités d’interaction, des métriques de mesures de la performance des utilisateurs seront définis et évaluées.

Les cas d’application seront liés à la maintenance de systèmes complexes à travers deux scénarios définis conjointement avec SUEZ.

La démarche proposée suivra les étapes suivantes :

L1 : Etat de l’art lié à la problématique,

L2 : Définition des besoins et des scénarios d’usage

L3 : Définition, développement et évaluation de techniques d’interaction avec des données

L4 : Définition, développement et évaluation de techniques d’interaction dans un cas de télé-collaboration

L5 : Définition de métriques pour mesurer la performance de la tâche et d’impact sur les opérateurs

L6 : Validation sur les cas d’usage définis en L2

L7 : Publications et rédaction du mémoire ; rédaction d’un guide de recommandations

Résultats attendus

Démonstrateurs technologiques sous forme de preuves de concept

Evaluations

Guide de recommandations de techniques d’interaction à mettre en place pour l’aide à la maintenance

Publication dans des conférences internationales et dans des journaux à comité de lecture,

Profil du candidat

Formation universitaire (dans le domaine de l’informatique graphique ou des mathématiques appliquées) ou Ingénieur (généraliste) avec un Master 2 recherche.

Domaines de compétences recherchées :