Brevet FR3040090A1 — publié le 20170217

-1- «Capteur de force» Domaine technique La présente invention concerne un capteur de force. Elle concerne aussi un procédé mis en oeuvre par un tel capteur de force. Un tel capteur permet de préférence à un utilisateur une mesure dynamique et spatialement résolue de l'intensité et de la direction de la force, de préférence même dans des conditions difficiles de mesure et selon de nombreuses formes de capteur possibles. Etat de la technique antérieure On connaît des capteurs de force selon l'état de l'art. Certains de ces capteurs sont mécaniques, et mesurent des forces 15 par exemple par des systèmes de ressort. Un ressort permet de mesurer une intensité mais pas la direction d'une force, et n'a pas la réactivité satisfaisante pour des mesures dynamiques à 60Hz par exemple. D'autres capteurs sont électroniques, et mesurent des forces par exemple via des effets capacitifs. Ce type de capteur craint l'humidité, et 20 est fabriqué sous forme de plaque ou de film. Le but de la présente invention est de proposer un capteur de force qui permet de résoudre au moins un des problèmes suivants : - Permettre une mesure de force aussi bien en intensité qu'en direction, et/ou 25 - Mesurer des forces de manière spatialement résolue, c'est-à-dire donnant accès à la répartition spatiale des forces appliquées sur le capteur en plusieurs points de ce capteur, de préférence avec une résolution spatiale inférieure au centimètre, et/ou - Permettre une mesure de force dynamique, et/ou 30 - Améliorer la robustesse de la technologie de mesure de force pour permettre au capteur de fonctionner dans des conditions difficiles (humidité, fort champ magnétique, etc...), et/ou - Proposer une technologie de mesure de force qui permette une grande souplesse sur le choix de la forme du capteur, sans 3040090 -2- nécessairement devoir se limiter à une forme de « plaque » ou de « film ». Exposé de l'invention 5 Cet objectif est atteint avec un capteur de force selon l'invention, comprenant: - au moins une cellule de mesure, chaque cellule de mesure étant remplie d'un matériau de remplissage dans lequel est enrobée au moins une inclusion de matière, 10 - pour chaque cellule, au moins une source de lumière agencée pour illuminer l'au moins une inclusion enrobée dans cette cellule, - pour chaque cellule, un système de mesure comprenant au moins un point de mesure optique agencé pour capter de la lumière en provenance de l'au moins une inclusion enrobée dans cette cellule, - pour chaque cellule, des moyens agencés pour transformer des signaux optiques en provenance du système de mesure de cette cellule en un signal représentatif d'une force exercée sur cette cellule, ce signal dépendant d'un déplacement de l'au moins une inclusion enrobée au sein du matériau de remplissage de cette cellule. Pour chaque cellule, le système de mesure associé à cette cellule peut comprendre au moins trois points de mesure optique distincts agencés pour capter de la lumière en provenance de l'au moins une inclusion enrobée dans cette cellule, de préférence au moins un (de préférence au moins trois) point(s) de mesure optique distinct par inclusion enrobée au sein du matériau de remplissage de cette cellule, l'au moins un (de préférence au moins trois) point(s) de mesure optique associé(s) à une inclusion donnée étant agencé(s) pour capter de la lumière en provenance de cette inclusion donnée. Le capteur de force selon l'invention peut comprendre une matrice bidimensionnelle de cellules. Le ou les points de mesure optique de chaque cellule sont de préférence distincts du ou des points de mesure de chacune des autres cellules. 3040090 - 3 - Chaque point de mesure optique peut comprendre une extrémité distale d'une fibre optique de détection. Chaque fibre optique de détection peut comprendre : - son extrémité distale orientée vers une cellule à laquelle elle est 5 associée, et - une extrémité proximale orientée vers un capteur optique agencé pour transformer en signal électrique un signal optique en provenance de cette fibre optique de détection, les moyens de transformation comprenant ledit capteur optique. 10 Le capteur de force selon l'invention peut comprendre au moins une source de lumière distincte par cellule, de préférence une source de lumière distincte par cellule ou une source de lumière distincte par inclusion dans cette cellule. Chaque source de lumière peut comprendre une extrémité 15 distale d'une fibre optique d'illumination. Chaque fibre optique d'illumination peut comprendre : - son extrémité distale orientée vers une cellule à laquelle elle est associée, et - une extrémité proximale orientée vers des moyens de génération de 20 lumière, lesdits moyens de génération de lumière étant commun pour l'ensemble des fibres optiques d'illumination. Le capteur de force selon l'invention peut comprendre plusieurs cellules réparties dans une paroi, ladite paroi comprenant : 25 - une première face agencée pour l'exercice d'une ou plusieurs force(s) mesurée(s) par le capteur de force, et - une deuxième face comprenant des passages pour l'insertion de l'extrémité distale de chaque fibre optique de détection et/ou d'illumination. 30 Le signal représentatif d'une force exercée sur une cellule peut comprendre une intensité de cette force et/ou une direction de cette force. La ou l'au moins une des (ou de préférence chacune des) inclusion(s) enrobée(s) dans chaque cellule est de préférence un objet solide et/ou sphérique, de préférence une bille. 3040090 -4- Pour chaque cellule : - l'au moins une (de préférence chaque) inclusion enrobée dans cette cellule peut être fluorescente de manière à émettre un signal optique de fluorescence suite à une excitation à une longueur d'onde 5 d'excitation émise par la ou les source(s) de lumière agencée(s) pour illuminer l'au moins une inclusion enrobée dans cette cellule, le signal de fluorescence ayant une longueur d'onde de fluorescence distincte de la longueur d'onde d'excitation, - les moyens de transformation peuvent comprendre un filtre agencé 10 pour filtrer la longueur d'onde d'excitation et laisser passer la longueur d'onde de fluorescence. Les moyens de transformation peuvent comprendre un unique capteur optique pour l'ensemble des cellules, ledit capteur optique étant agencé pour transformer en signal électrique un signal optique en 15 provenance de tout point de mesure optique de toute cellule. Suivant encore un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de mesure de force selon l'invention (de préférence mis en oeuvre dans un capteur selon l'invention), comprenant : 20 - un exercice d'une force sur au moins une cellule de mesure, la force pouvant varier d'une cellule à l'autre, chaque cellule de mesure étant remplie d'un matériau de remplissage dans lequel est enrobée au moins une inclusion de matière, - pour chaque cellule, une illumination de l'au moins une inclusion 25 enrobée dans cette cellule par au moins une source de lumière, - pour chaque cellule, une captation de lumière en provenance de l'au moins une inclusion enrobée dans cette cellule par un système de mesure comprenant au moins un point de mesure optique, - pour chaque cellule, une transformation, par des moyens de 30 transformation, des signaux optiques en provenance du système de mesure de cette cellule en un signal représentatif d'une force exercée sur cette cellule, ce signal dépendant d'un déplacement de l'au moins une inclusion enrobée au sein du matériau de remplissage de cette cellule. 3040090 - 5 - Selon l'invention: - la transformation peut comprendre une transformation en signal électrique, par un capteur optique, d'un signal optique en provenance d'une fibre optique de détection (si ces fibres sont présentes) et/ou 5 d'un point de mesure, et/ou - une génération de lumière commune (par des moyens de génération) pour l'ensemble des extrémités proximales des fibres optiques d'illumination (si ces fibres sont présentes), et/ou - l'exercice de la force est de préférence sur la première face de la 10 paroi dans laquelle sont réparties les cellules, et/ou - l'au moins une (de préférence chaque) inclusion enrobée dans toutes ou partie des cellules peut être fluorescente, de sorte que le procédé selon l'invention comprenne une émission d'un signal optique de fluorescence par l'au moins une (de préférence chaque) inclusion 15 fluorescente suite à une excitation à une longueur d'onde d'excitation émise par la ou les source(s) de lumière agencée(s) pour illuminer l'au moins une inclusion enrobée dans cette cellule, le signal de fluorescence ayant une longueur d'onde de fluorescence distincte de la longueur d'onde d'excitation, et le procédé selon 20 l'invention comprenant en outre un filtrage (typiquement par un filtre optique) de la longueur d'onde d'excitation de manière à supprimer la longueur d'onde d'excitation et laisser passer la longueur d'onde de fluorescence du signal optique en provenance du système de mesure de cette cellule. 25 Description des figures et modes de réalisation D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en oeuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants : 30 - les figures 1 et 2 illustrent deux variantes de la forme d'une matrice 12 bidimensionnelle de cellules 2 d'un premier mode de réalisation de capteur 1 de force selon l'invention, 3040090 - 6 - - la figure 3 est une vue en perspective d'une cellule 2 du premier mode de réalisation de capteur 1 selon l'invention lorsqu'aucune force à mesurer n'est appliquée sur cette cellule 2, - la figure 4 est une vue en perspective de la cellule 2 de la figure 3, 5 lorsqu'une force 11 à mesurer est appliquée sur cette cellule 2 - la figure 5 est une vue de profil de la cellule 2 de la figure 3 lorsqu'aucune force à mesurer n'est appliquée sur cette cellule 2, - la figure 6 est une vue de profil de la cellule 2 de la figure 3 lorsqu'une force 11 à mesurer est appliquée sur cette cellule 2, 10 - la figure 7 est une vue d'une première face 21 d'une paroi 20 dans laquelle est répartie la matrice bidimensionnelle 12 de cellules 2 du premier mode de réalisation de capteur 1 selon l'invention dans une variante plate à trente-six cellules 2, cette première face 21 étant agencée pour l'exercice d'une ou plusieurs force(s) mesurée(s) par le capteur 1 selon l'invention, 15 - la figure 8 est une vue d'une deuxième face 22 de la paroi 20 dans laquelle est répartie la matrice bidimensionnelle 12 de cellules 2 du premier mode de réalisation de capteur 1 selon l'invention dans la même variante plate à 36 cellules, cette deuxième face 22 comprenant des passages pour l'insertion de l'extrémité distale 13, 17 de fibres optiques de détection 14 et 20 de fibres optiques d'illumination 18, et - la figure 9 est une vue schématique d'ensemble des différentes composantes du premier mode de réalisation de capteur 1 selon l'invention. Ces modes de réalisation étant nullement limitatifs, on pourra 25 notamment considérer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites ou illustrées par la suite isolées des autres caractéristiques décrites ou illustrées (même si cette sélection est isolée au sein d'une phrase comprenant ces autres caractéristiques), si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage 30 technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, et/ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour 3040090 - 7 - conférer un avantage technique ou à différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. On va tout d'abord décrire, en référence aux figures 1 à 9, un 5 premier mode de réalisation de capteur 1 selon l'invention. Le capteur 1 est un capteur de force. Le principe de premier mode de réalisation de capteur 1 repose sur un ensemble de cellules 2 remplies d'un polymère élastique 3 dont la déformation mesurable est proportionnelle à la force appliquée 11. Afin de 10 mesurer la déformation de ce matériau 3, la position d'une inclusion 4 inclue dans le matériau 3 est déterminée par « triangulation » grâce à un système optique. Le capteur 1 comprend au moins une cellule de mesure 2. Le capteur 1 comprend plusieurs cellules 2. 15 Le capteur 1 comprend une matrice bidimensionnelle 12 de cellules. Sur une surface 21 de répartition de la matrice bidimensionnelle 12 de cellules 2, des cellules 2 sont de forme hexagonale et sont en contact de six autres cellules 2 voisines. Cette matrice bidimensionnelle 12 et la paroi 20 dans laquelle cette 20 matrice 12 est répartie n'a pas nécessairement une forme plane, mais peu avoir une forme de cylindre, de boule, etc... En effet, une telle paroi 20 comprenant une matrice 12 (hexagonale ou autre) de cellules 2 à remplir de matériau de remplissage 3 (typiquement un polymère élastique) peut facilement être fabriquée par impression 3D selon une forme quelconque. 25 La matrice 12 est réalisée par impression 3D stéréolithographique en Polymère d'Acide Lactique (ou « PLA »), typiquement avec une résolution de 25pm. Dans une autre variante, la matrice 12 peut aussi être réalisée en métal, par exemple par Machine-outil à commande numérique (ou « CNC »). 30 Comme illustré sur les figures 1 et 9, une forme cylindrique est préférée, notamment pour l'étude de forces de préhension d'humains ou d'animaux. On a par exemple des variantes pour lesquelles la matrice 12 à une forme cylindrique avec les caractéristiques suivantes : 3040090 - 8 - - Diamètre extérieur : 4 cm ; Longueur : 30 cm ; Nombre de cellules : 2156 (28x77) ; Nombre de fibres optiques (total) 8624 ; ou - Diamètre extérieur : 2 cm ; Longueur : 13 cm ; Nombre de 5 cellules : 476 (14x34) ; Nombre de fibres optiques (total) 1904. Chaque cellule de mesure 2 est remplie d'un matériau de remplissage 3 dans lequel est enrobée une inclusion 4 de matière. Chaque cellule a un diamètre inférieur à 5 millimètres, c'est-à-dire que tout le matériau de remplissage 3 d'une cellule 2 tient intégralement 10 enfermé dans une zone délimitée par une sphère de 5 mm de diamètre. Chaque cellule 2 est une cellule hexagonale de 4 mm de diamètre et 0,5 mm d'entretoise et de profondeur de 3 mm et 1,5 mm de plancher. Le matériau de remplissage 3 est un matériau élastique, de préférence dont la déformation est linéairement proportionnelle à une force 11 15 appliquée comprise typiquement entre 0,1 et 40 Newtons. Le matériau de remplissage 3 est un polymère. Le polymère 3 utilisé est un polymère silicone, du polydiméthylsiloxane (ou « PDMS », typiquement de référence Sylgard 184) dont les propriétés mécaniques ont été caractérisées (« Mechanical characterization of bulk 20 Sylgard184 for microfluidics and microengineering », I D Johnston, D K McCluskey, C K L Tan and M C Tracey, Journal of Micromechanics and Microengineering, 2014). L'inclusion de matière 4 peut être un objet solide ou autre (liquide, gazeux, etc.) comme par exemple une tache d'encre limitée dans une zone 25 au coeur du matériau de remplissage 3 ou une bulle de gaz, voire une différence de propriété optique locale au sein du matériau de remplissage 3 Dans le premier mode de réalisation de capteur 1 illustré, l'inclusion 4 enrobée dans chaque cellule 2 est un objet solide, plus précisément une bille sphérique réfléchissante, typiquement une bille en polystyrène blanc. 30 Chaque bille réfléchissante 4, servant de marqueur de position, a un diamètre compris entre 250 et 300 dam et est coulée dans le matériau 3 de sa cellule 2 à environ un millimètre sous la surface de mesure 21. L'inclusion de matière 4 à des propriétés optiques différentes de celles du matériau de remplissage 3. En particulier, l'inclusion de matière 4 à un 3040090 - 9 - indice de réfraction de la lumière (à une longueur d'onde d'excitation) différent de l'indice de réfraction (à cette même longueur d'onde d'excitation) du matériau de remplissage 3. L'inclusion de matière est agencée pour envoyer de la lumière 8, c'est à 5 dire pour : - réfléchir de la lumière à la longueur d'onde d'excitation, et/ou - diffuser de la lumière à la longueur d'onde d'excitation, et/ou - émettre de la lumière (par exemple un signal de fluorescence) en réponse à la réception de lumière à la longueur d'onde 10 d'excitation. Pour chaque cellule 2, le capteur 1 comprend au moins une source de lumière 5 agencée pour illuminer l'inclusion 4 enrobée dans cette cellule 2. Pour chaque cellule 2, le capteur 1 comprend un système de mesure 6 comprenant au moins un point de mesure optique 7 agencé pour capter de 15 la lumière 8 (réfléchie, diffusée, de fluorescence, etc.) en provenance de l'inclusion 4 enrobée dans cette cellule 2. Plus exactement, dans le capteur 1, le système de mesure 6 de chaque cellule 2 comprend au moins trois points de mesure optique distincts agencés pour capter de la lumière 8 (réfléchie, diffusée, de fluorescence, 20 etc.) en provenance de l'inclusion 4 enrobée dans cette cellule 2. On a donc au moins un point de mesure 7 distinct par cellule 2, et même au moins trois points de mesure 7 distincts par cellule 2. Chaque point de mesure optique 7 d'une cellule 2 est distinct de tous les points de mesure des autres cellules. 25 Chaque point de mesure optique comprend, et même consiste en, une extrémité distale 13 (quasi ponctuelle) d'une fibre optique 14 de détection. Il y a au moins une fibre optique 14 (et donc au moins une extrémité distale 13 de fibre 14) distincte par cellule 2, et même au moins trois fibres 30 optiques 14 (et donc au moins trois extrémités distales 13 de fibre 14) distinctes par cellule 2. Chaque fibre optique de détection 14 comprend : - son extrémité distale 13 orientée vers (et même éventuellement insérée dans) une cellule 2 à laquelle elle est associée, et 3040090 -10- - une extrémité proximale 15 orientée vers un capteur 9 optique agencé pour transformer en signal électrique un signal optique 16 (correspondant à la lumière 8 reçue à l'extrémité distale 13 de cette fibre 14) en provenance de cette fibre optique de détection 14, les 5 moyens de transformation comprenant ledit capteur optique 9. Le capteur optique nu 9 est conjugué par une simple lentille convergente 26 (de focale f=25.4 mm) aux extrémités proximales 15 des fibres 14. Le capteur 1 étant basé sur une technologie optique, elle peut avoir une dynamique d'acquisition très rapide (par rapport à un ressort), typiquement 10 de 60 Hz ou plus. La vitesse de la lumière n'est clairement pas un facteur limitant. Le principal facteur limitant est le modèle de capteur 9 utilisé. On peut par exemple utiliser un capteur 9 de référence IMX174 de marque SONY. Le capteur 1 comprend une source de lumière 5 distincte par cellule, 15 chaque source 5 étant agencée pour illuminer la cellule 2 à laquelle elle est associée sans illuminer les autres cellules 2. Chaque source 5 de lumière comprend, et même consiste en, une extrémité distale 17 d'une fibre optique 18 d'illumination. Chaque fibre optique d'illumination 18 comprend : 20 - son extrémité distale 17 orientée vers une cellule 2 à laquelle elle est associée ; cette extrémité distale est plus précisément placée de manière centrée au fond de la cellule à laquelle elle est associée, et - une extrémité proximale 19 orientée vers des moyens 23 de génération de lumière, 25 lesdits moyens 23 de génération de lumière étant commun pour l'ensemble des fibres optiques d'illumination 18. Les moyens de génération 23 comprennent une diode électroluminescente (ou « DEL ») par exemple verte de 20mA. Ainsi, pour ce qui est de l'illumination, on utilise une diode 30 électroluminescente 23 unique qui est amenée par des fibres 18 à chaque cellule 2 (typiquement pour l'illumination « par le bas » de la bille 4 de chaque cellule 2). Il y a une fibre optique 18 (et donc une extrémité distale 17 de fibre 18) distincte par cellule 2. 3040090 -11- Chaque fibre optique 14, 18 a un coeur en plastique par exemple de 240pm de diamètre et a un diamètre final de 250pm. Toutefois, des fibres 14, 18 en verre sont aussi envisageables. En référence aux figures 7 et 8, on remarque que le capteur 1 5 comprend plusieurs cellules 2 réparties dans la paroi 20 et que la paroi 20 comprend : - une première face 21 agencée pour l'exercice d'une ou plusieurs force(s) mesurée(s) par le capteur 1, et - une deuxième face 22 (opposée à la première face 21) comprenant 10 des passages 24 (ou trous) pour l'insertion de l'extrémité distale 13, 17 de chaque fibre optique de détection 14 et de chaque fibre optique d'illumination 18. Ainsi, la matrice 12 ou paroi 20 comprend des perçages 24 guidant l'insertion des fibres optiques 14, 18. Ces perçages permettent d'assurer 15 l'angle que font les fibres 14, 18 avec la cellule associée 2. Le choix d'une forme hexagonale pour les cellules 2 combine un certain nombre d'avantages : - elle maximise la surface de mesure par rapport à la longueur des supports (ou entretoises) ; 20 - elle permet une très bonne répartition des forces résiduelles et collatérales (c'est-à-dire absorbées par la structure) ; - la symétrie de l'hexagone permet de paver un plan ou une surface courbe, sans chevauchement de fibres 14 avec deux types de répartition des fibres 14 seulement (et donc deux types de cellules) 25 comme illustré sur les figures 7 et 8. Pour chaque cellule 2, le capteur de force 1 comprend des moyens de transformation 9, 10 agencés pour transformer des signaux optiques en provenance du système de mesure 6 de cette cellule 2 (par une sorte de « triangulation ») en un signal représentatif d'une force 11 exercée sur 30 cette cellule 2, ce signal dépendant d'un déplacement (illustré sur la figure 6) de l'inclusion 4 enrobée au sein du matériau de remplissage 3 de cette cellule 2. Le signal représentatif d'une force 11 exercée sur une cellule 2 comprend une intensité de cette force et une direction de cette force. 3040090 - 12 - Les moyens de transformation 9, 10 comprennent le capteur optique 9. Les moyens de transformation comprennent un unique capteur optique 9 pour l'ensemble des cellules 2, ledit capteur optique 9 étant agencé pour transformer en signal électrique un signal optique en provenance de tout 5 point de mesure optique 5 de toute cellule 2. Les moyens de transformation comprennent en outre une unité de traitement 10. L'unité 10 comprend un ordinateur, et/ou une unité centrale ou de calcul, et/ou un circuit électronique analogique (de préférence dédié), et/ou un circuit électronique numérique (de préférence dédié), et/ou un 10 microprocesseur (de préférence dédié), et/ou des moyens logiciels. Les moyens de transformation 9, 10 sont agencés pour transformer des signaux optiques en provenance des au moins trois points de mesure optique d'une cellule 2 en un signal représentatif d'une force exercée sur cette cellule 2 à une fréquence d'au moins 1 Hz, typiquement autour de 15 60Hz. En outre, pour au moins une cellule 2 ou pour chaque cellule 2, l'inclusion 4 enrobée dans cette cellule est de préférence fluorescente de manière à émettre un signal optique de fluorescence suite à une excitation à la longueur d'onde d'excitation émise par la source de lumière 5 (et donc 20 les moyens de génération 23) associée à cette cellule 2 (c'est-à-dire la source agencée pour illuminer l'inclusion 4 enrobée dans cette cellule 2), le signal de fluorescence ayant une longueur d'onde de fluorescence distincte de la longueur d'onde d'excitation. Dans ce cas, les moyens de transformation 9, 10 comprennent en outre un filtre 25 (situé en amont du 25 capteur optique 9) agencé pour filtrer (avant le capteur optique 9) la longueur d'onde d'excitation et laisser passer (jusqu'au capteur optique 9) la longueur d'onde de fluorescence. L'utilisation d'inclusions 4 fluorescentes permet d'améliorer le ratio signal sur bruit. Le procédé de mesure de force selon l'invention mis en oeuvre par le 30 capteur 1 comprend : un exercice d'une force sur au moins une cellule de mesure 2, la force pouvant varier d'une cellule à l'autre (comme illustrée par les différentes flèches sur les figures 1 et 2), chaque cellule de mesure 3040090 -13- étant remplie d'un matériau de remplissage 3 dans lequel est enrobé une inclusion de matière 4, - pour chaque cellule 2, une illumination de l'inclusion 4 enrobée dans cette cellule 2 par au moins une source de lumière 5, 5 - pour chaque cellule 2, une captation de lumière 8 en provenance de l'inclusion 4 enrobée dans cette cellule 2 par un système de mesure 6 comprenant au moins un point de mesure optique 7, - pour chaque cellule 2, une transformation, par des moyens de transformation 9, 10, 25, 26, des signaux optiques en provenance du 10 système de mesure 6 de cette cellule en un signal représentatif d'une force 11 exercée sur cette cellule 2, ce signal dépendant d'un déplacement de l'inclusion 4 enrobée au sein du matériau 3 de remplissage de cette cellule 2. Afin de déterminer la position (et donc le déplacement) d'une 15 inclusion 4 dans une cellule 2, une approche très similaire à de la triangulation est mis en oeuvre par l'unité 10. L'intensité lumineuse reçue dans un des coins d'une cellule 2 par un point de mesure 7 dépend essentiellement de la distance de la bille 4 au coin (voir figures 4 à 6). Connaissant la distance de l'inclusion 4 à chacun des coins, il est possible de 20 calculer sa position absolue, et ainsi la déformation du matériau 3 et donc la force appliquée sur la cellule 2. Afin de mesurer l'intensité lumineuse en trois points de chaque cellule 2, on n'utilise pas trois capteurs par cellule 2 (ce qui augmenterait le prix), mais trois fibres optiques 14 qui véhiculent la lumière 8 jusqu'au capteur optique 9 CCD ou CMOS. Il y a donc un unique 25 capteur optique 9 pour l'ensemble des cellules 2. Un algorithme mis en oeuvre par l'unité 10 permet, à partir des différences d'intensité mesurées, de reconstruire, après calibration, la force effective appliquée sur une cellule donnée 2, à un instant donné. Nous allons maintenant décrire plus en détail cet algorithme. 30 Notations géométriques d'une cellule 2 considérée : Au sein d'une cellule 2, les fibres de détection 14 sont placées aux trois extrémités d'un triangle équilatéral de côté a. Ce triangle a un cercle circonscrit confondu avec le cercle inscrit dans une cellule hexagonale de largeur a et de profondeur h. 3040090 - 14 - On munit l'espace d'un repère orthonormé centré sur une fibre, dont les axes Ye et ÿ sont dans le plan du triangle de base et l'axez orienté vers la surface contenant un traceur 4. Les fibres réceptrices (ou « de détection ») 14 correspondent par la 5 suite dans les équations, formules et notations mathématiques suivantes à des indices 1 à 3, et ont pour coordonnées de leur extrémité respective 13, 7: fl : (0, 0, 0) f2 : (a, 0, 0) a 10 f3 2 0) La fibre émettrice 18 (ou « d'illumination ») est notée e, et a pour coordonnées de son extrémité 5, 17 e : ( a , a , 0) 2 2,/3 La position du centre du traceur 4 au repos est bo a a (-2+C1 2 /3 - +E2, z0+e3) , 15 et la position courante du centre du traceur 4 est b : (x, y, z) avec E, (i = 1 à 3) des paramètres de calibration de la fibre d'indice i et zo la distance entre le traceur et le plan ou surface 27 contenant les fibres 14. On note l'intensité lumineuse mesurée pour la fibre f, au repos. 20 On note l'intensité lumineuse mesurée pour la fibre f, dans une position quelconque du traceur. On note d(f,, b) la distance entre une fibre i et le traceur 4. On note d(b, e) la distance entre la fibre émettrice 18 et le traceur 4. On note K le module élastique de compression du matériau 3 de la 25 cellule 2 considérée. On note F = (Fx , Fy, Fz) la force 11 exercée sur la surface de la cellule 2. 30 3040090 -15- On obtient alors : 5 10 2 - M - Ainsi, l'unité 10 calcule les trois composantes F' Fy, Fz du vecteur 15 et donc : - l'intensité totale de la force (module de F ), et - la direction de F (qui est fonction des importances respectives de F' Fy, Fz). On calibre chacune des cellules 2 du capteur 1 de force, typiquement 20 en sortie d'usine avant commercialisation. L'unité de calcul 10 mémorise les données calibrées Ci, C2, E3, a, K personnalisées pour chaque cellule 2. De manière optionnelle, le capteur 1 de force comprend une sonde de température, et l'unité de calcul 10 mémorise les données calibrées Ci, C21 E3, a, K personnalisées pour chaque cellule et pour différentes températures 25 possibles (par exemple tous les 0,5°C), par exemple entre 5°C et 40°C. Avec un exemple de capteur 1 obtenu tel que précédemment décrit, on note : une précision de mesure de 0,85 Newton ; une plage de mesure de 0 à 40 Newtons. 30 une erreur de mesure pour des fibres 14 légèrement mal positionnées (erreur de positionnement inférieure à cinq degrés) : inférieure à 2% ; une erreur de mesure pour des fibres 14 mal positionnées (erreur de positionnement comprise entre cinq et dix degrés) : de 3040090 - 16 - l'ordre de 7% ; toutefois, une mauvaise position des fibres peut le plus souvent être compensée par une calibration à cinq points de mesure 7. On remarque qu'il est possible de changer la plage de mesure de 5 force en changeant de matériau 3, cette plage de mesure dépendant de l'élasticité ou de la rigidité du matériau 3 choisi. On remarque en outre que le capteur 1 comprend très peu de parties métalliques (en particulier dans le cas de la matrice 12 en PLA ou toute autre matière non ferromagnétique), mais beaucoup de parties en plastique 10 ou verre ou polymère grâce à sa nature optique. Ainsi, le capteur 1 est très peu sensible à l'humidité et est très robuste. Il peut en outre être utilisé à proximité de forts champs magnétiques comme par exemple celui d'un IRM (chaque inclusion 4 n'étant pas ferromagnétique), notamment en déportant la diode 23 et le détecteur optique 9 par utilisation de longues fibres 15 optiques 14, 18 (typiquement plus d'un mètre de long chacune). Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. En particuliers, on peut envisager différentes variantes combinables 20 aux modes de réalisation et variantes précédemment décrits en référence aux figures 1 à 9, et dans lesquelles : - le capteur 1 peut comprendre une unique cellule 2 ou une matrice 12 unidimensionnelle (ligne) de cellules 2, et/ou - une ou certaines ou chacune des cellules 2 peut être une cellule 25 « multiple » qui comprend plusieurs inclusions 4 ; une telle cellule « multiple » permet à elle seule de mesurer des forces de manière spatialement résolue. Une telle cellule multiple peut par exemple correspondre à la somme de toutes les cellules hexagonales 2 de la figure 1, 2 7 ou 9 mais pour lesquelles on supprime les parois 30 hexagonales de manière à n'obtenir qu'une seule grosse cellule (pas nécessairement de forme plate). Une telle cellule multiple peut comprendre (avec typiquement une source 5 pour trois points de mesure 7 ou un point de mesure 7 pour trois sources 5, mais pas nécessairement): 3040090 - 17 - o une (ou plus, par exemple trois ou au moins trois) source(s) 5 pour chacune de ses inclusions 4 ou une (ou plus, par exemple trois ou au moins trois) source(s) 5 commune(s) pour l'ensemble de ses inclusions 4 ou une (ou plus, par exemple 5 trois ou au moins trois) source(s) 5 partagée(s) avec d'autres cellules 2 ; et o un (ou plus, par exemple trois ou au moins trois) point(s) de mesure 7 pour chacune de ses inclusions 4 ou un (ou plus, par exemple trois ou au moins trois) point(s) de mesure 7 10 commun(s) pour l'ensemble de ses inclusions 4 (la différenciation des différentes inclusions 4 de cette cellule 2 étant réalisée en fonction de la localisation de chaque « point » de lumière sur le capteur optique 9 et/ou par des illuminations des inclusions 4 de cette cellule par une couleur spécifique à 15 chaque inclusion) ou une (ou plus, par exemple trois ou au moins trois) point(s) de mesure 7 partagé(s) avec d'autres cellules 2 ; on a de préférence au moins un (de préférence au moins trois) point(s) de mesure optique 7 distincts par inclusion 4 enrobée au sein du matériau de remplissage 3 de 20 cette cellule, l'au moins un (de préférence au moins trois) point(s) de mesure optique 7 associé(s) à une inclusion 4 donnée étant agencé(s) pour capter de la lumière en provenance de cette inclusion donnée 4 ; et/ou - le capteur 1 peut comprendre une unique source 5 « partagée » qui 25 illumine globalement et simultanément plusieurs ou toutes les cellules 2. Par exemple, cette source peut être une DEL sans fibre optique entre cette DEL et la matrice 12, et/ou - le capteur 1 peut comprendre un ou plusieurs (par exemple trois) point(s) de mesure 7 « partagé(s) », chaque point de mesure 7 étant 30 agencé pour capter de la lumière 8 en provenance de plusieurs ou de l'intégralité des cellules 2, la différenciation des différentes inclusions 4 des différentes cellules 2 étant réalisée en fonction de la localisation de chaque « point » de lumière sur le capteur optique 9 et/ou par des 3040090 -18- illuminations des cellules 2 par une couleur spécifique à chaque cellule 2, et/ou - au moins une fibre d'illumination peut se subdiviser de manière à avoir plusieurs extrémités distales (mais éventuellement qu'une 5 seule extrémité proximale), et/ou - on peut avoir un capteur 9 distinct par fibre de détection 14, et/ou - on peut avoir un moyen de génération 23 distinct par fibre d'illumination 18, et/ou - le matériau de remplissage 3 peut être différent entre différentes 10 cellules 2 ; cela peut notamment être utile pour un capteur 1 pour lequel on sait que les intensités de force ne vont pas être uniformément réparties sur le capteur 1, et permet donc d'ajuster le module K et donc la gamme de mesure de force entre différentes zones ou cellules 2 du capteur 1, et/ou 15 - chaque cellule 2 peut comprendre moins de trois points de mesure 7. Par exemple, trois sources lumineuses 5 (par cellule 2 ou partagées pour toutes les cellules 2) colorées et un point de mesure 7 (par cellule 2 ou partagé pour toutes les cellules 2) permettrait en théorie la triangulation ; et/ou 20 - pour chaque cellule 2, la ou les extrémité(s) ou point(s) de mesure 7,13 ne sont pas nécessairement dans le même plan 27 que la ou les source(s) ou extrémité(s) 5, 17. Bien entendu, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les 25 autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. REVENDICATIONS1. Capteur (1) de force, comprenant: - au moins une cellule de mesure (2), chaque cellule de mesure étant remplie d'un matériau de remplissage (3) dans lequel est enrobée au moins une inclusion de matière (4), - pour chaque cellule, au moins une source de lumière (5) agencée pour illuminer l'au moins une inclusion enrobée dans cette cellule, - pour chaque cellule, un système de mesure (6) comprenant au moins un point de mesure optique (7) agencé pour capter de la lumière (8) en provenance de l'au moins une inclusion enrobée dans cette cellule, - pour chaque cellule, des moyens (9, 10) agencés pour transformer des signaux optiques (16) en provenance du système de mesure de cette cellule en un signal représentatif d'une force (11) exercée sur cette cellule, ce signal dépendant d'un déplacement de l'au moins une inclusion enrobée au sein du matériau de remplissage de cette cellule. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour chaque cellule (2), son système de mesure comprend au moins trois points de mesure optique distincts (7) agencés pour capter de la lumière (8) en provenance de l'au moins une inclusion (4) enrobée dans cette cellule. 3. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une matrice bidimensionnelle (12) de cellules. 4. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou les points de mesure optique (7) de chaque cellule sont distincts du ou des points de mesure de chacune des autres cellules. 3040090 - 20- 5. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque point de mesure optique comprend une extrémité distale (13) d'une fibre optique de détection (14). 5 6. Capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque fibre optique de détection (14) comprend : - son extrémité distale (13) orientée vers une cellule (2) à laquelle elle est associée, et 10 - une extrémité proximale (15) orientée vers un capteur optique (9) agencé pour transformer en signal électrique un signal optique en provenance de cette fibre optique de détection, les moyens de transformation (9, 10) comprenant ledit capteur optique (9). 15 7. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une source de lumière (5) distincte par cellule (2). 8. Capteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque 20 source de lumière (5) comprend une extrémité distale (17) d'une fibre optique d'illumination (18). 9. Capteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque fibre optique d'illumination (18) comprend : 25 - son extrémité distale (17) orientée vers une cellule à laquelle elle est associée, et - une extrémité proximale (19) orientée vers des moyens de génération (23) de lumière, lesdits moyens de génération de lumière étant commun pour l'ensemble 30 des fibres optiques d'illumination (18). 10. Capteur de force selon l'une quelconque des revendications 5, 6, 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs cellules (2) réparties dans une paroi (20), ladite paroi comprenant : 3040090 -21- - une première face (21) agencée pour l'exercice d'une ou plusieurs force(s) mesurée(s) par le capteur de force, et - une deuxième face (22) comprenant des passages (24) pour l'insertion de l'extrémité distale (13, 17) de chaque fibre optique de 5 détection (14) et/ou d'illumination (18). 11. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal représentatif d'une force exercée sur une cellule comprend une intensité de cette force et/ou une direction 10 de cette force. 12. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'inclusion (4) ou au moins une des inclusions ou chacune des inclusions enrobée(s) dans chaque cellule est un 15 objet solide, de préférence une bille. 13. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour chaque cellule : - l'au moins une inclusion (4) enrobée dans cette cellule est 20 fluorescente de manière à émettre un signal optique de fluorescence suite à une excitation à une longueur d'onde d'excitation émise par la ou les source(s) de lumière (5) agencée(s) pour illuminer l'au moins une inclusion enrobée dans cette cellule, le signal de fluorescence ayant une longueur d'onde de fluorescence distincte de 25 la longueur d'onde d'excitation, - les moyens de transformation comprennent un filtre (25) agencé pour filtrer la longueur d'onde d'excitation et laisser passer la longueur d'onde de fluorescence. 30 14. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de transformation comprennent un unique capteur optique (9) pour l'ensemble des cellules, ledit capteur optique étant agencé pour transformer en signal électrique un signal 3040090 -22- optique en provenance de tout point de mesure optique de toute cellule (2). 15. Procédé de mesure de force, comprenant : 5 - un exercice d'une force (11) sur au moins une cellule de mesure (2), la force pouvant varier d'une cellule à l'autre, chaque cellule de mesure étant remplie d'un matériau de remplissage (3) dans lequel est enrobée au moins une inclusion de matière (4), - pour chaque cellule, une illumination de l'au moins une inclusion 10 enrobée dans cette cellule par au moins une source de lumière (5), - pour chaque cellule, une captation de lumière (8) en provenance de l'au moins une inclusion enrobée dans cette cellule par un système de mesure (6) comprenant au moins un point de mesure optique (7), - pour chaque cellule, une transformation, par des moyens de 15 transformation (9, 10), des signaux optiques en provenance du système de mesure de cette cellule en un signal représentatif d'une force exercée sur cette cellule, ce signal dépendant d'un déplacement de l'au moins une inclusion enrobée au sein du matériau de remplissage de cette cellule. 20 25