Brevet FR3150319A1 — publié le 20241227

Un dispositif (10) d’entrée de données comprend une surface fonctionnelle (12) adaptée à recevoir une pression d’un utilisateur, comme la pression d’un doigt (14) d’un utilisateur; un film piézoélectrique (16) ayant au moins un axe de sensibilité (30, 34) et étant disposé en dessous de la surface fonctionnelle et adapté à émettre un signal électrique en fonction de la pression reçue par la surface fonctionnelle ; et une unité de calcul (18) configurée pour recevoir le signal généré par le film piézoélectrique en réponse à la pression sur la surface fonctionnelle ; et déterminer à partir de ce signal une zone et/ou une forme de la surface fonctionnelle pressée par l’utilisateur grâce à un algorithme de classification. Figure de l’abrégé : Figure 1 DISPOSITIF D’ENTREE DE DONNEES La présente divulgation relève du domaine des dispositifs d’entrée de données, et notamment les surfaces tactiles et les claviers. Les claviers sont composés généralement d’une surface qui est sensible à la pression du doigt associée à chaque touche. Le clavier peut intégrer des éléments de type mécanique (par exemple un interrupteur inductif), de type capacitif (par exemple des électrodes) ou encore de type ultrason. Quelle que soit la solution, les zones sensibles à la pression de doigt doivent être organisées en matrice ou en une organisation spécifique propre à un clavier. Dépendamment de la technologie utilisée, on rencontre diverses limitations mécaniques dans leur intégration. Par exemple, les interrupteurs mécaniques peuvent être esthétiquement non plaisants en plus de requérir une course de mouvement, les interrupteurs inductifs pèchent quant à eux de par leur sensibilité magnétique. Quant à la matrice capacitive, elle fonctionne mal lorsqu’elle est positionnée derrière un métal. Il serait donc bénéfique d’avoir un clavier ou plus généralement un dispositif d’entrée de données qui s’affranchisse de ces contraintes. Résumé La présente divulgation vient améliorer la situation. Il est proposé un dispositif d’entrée de données comprenant une surface fonctionnelle adaptée à recevoir une pression d’un utilisateur, comme la pression d’un doigt d’un utilisateur; un film piézoélectrique ayant au moins un axe de sensibilité et étant disposé en dessous de la surface fonctionnelle et adapté à émettre un signal électrique en fonction de la pression reçue par la surface fonctionnelle ; et une unité de calcul configurée pour : recevoir le signal généré par le film piézoélectrique en réponse à la pression sur la surface fonctionnelle ; et déterminer à partir de ce signal une zone et/ou une forme de la surface fonctionnelle pressée par l’utilisateur grâce à un algorithme de classification. Par « en dessous », on se rapporte à un axe orthogonal au plan des deux plus grandes dimensions de la surface fonctionnelle. Le dessous de la surface fonctionnelle s’étend, en utilisation, du côté opposé à la face de contact avec l’utilisateur, notamment le doigt de l’utilisateur. La surface fonctionnelle peut ainsi former une interface homme-machine de type surface tactile. De préférence, la surface fonctionnelle forme, en utilisation, une surface externe d’un véhicule automobile. L’invention permet ainsi de transformer très facilement n’importe quelle portion de carrosserie ou autre surface externe de véhicule automobile, en une surface tactile. Selon un autre aspect, il est proposé un véhicule automobile tel qu’une voiture incluant le dispositif ci-dessus. Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, optionnellement, être mises en œuvre, indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - la forme est un point, un trait ou une figure bi-dimensionnelle. - l’unité de calcul configurée pour déterminer à partir du signal généré par le film piézoélectrique la séquence temporelle de pressage de la surface fonctionnelle grâce à un algorithme de classification. - le dispositif d’entrée est un clavier, la surface fonctionnelle inclut une pluralité de zones, chaque zone correspondant à une touche, et l’unité de calcul est configurée pour déterminer à partir de ce signal la touche correspondant à la zone de la surface fonctionnelle pressée par l’utilisateur. - les touches sont disposées selon une ligne et le film piézoélectrique est un unique film piézoélectrique ayant un axe de sensibilité disposé parallèle à la ligne de touches. - les touches sont disposées en matrice selon des lignes et des colonnes, et le film piézoélectrique est un unique film piézoélectrique ayant au moins deux axes de sensibilité non parallèle. - les touches sont disposées en matrice selon des lignes et des colonnes, et le film piézoélectrique est constitué d’un premier film piézoélectrique ayant un premier axe de sensibilité et d’un deuxième film piézoélectrique ayant un deuxième axe de sensibilité, le premier film piézoélectrique étant disposé par rapport au deuxième film piézoélectrique de sorte à avoir le premier axe de sensibilité à un angle non nul, préférentiellement à 90 degrés, du deuxième axe de sensibilité. - le premier film piézoélectrique est disposé vis-à-vis de la surface fonctionnelle de sorte à avoir le premier axe de sensibilité parallèle aux lignes de la matrice de touches, et le deuxième film piézoélectrique est disposé vis-à-vis de la surface fonctionnelle de sorte à avoir le deuxième axe de sensibilité parallèle aux colonnes de la matrice de touches. - l’algorithme de classification est de type ensembliste. - l’algorithme de classification est de type boosting, par exemple AdaBoost (Adaptive Boosting), Gradient Boosting, ou XGBoost (Extreme Gradient Boosting). - le film piézoélectrique est directement collé à la surface fonctionnelle. D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels : Fig. 1 montre de façon schématique un dispositif d’entrée de données selon un mode de réalisation, en forme de clavier. Fig. 2 montre une vue de dessus partielle et en transparence du dispositif d’entrée de données de la . Fig. 3 montre un exemple de signaux électriques observés lorsqu’un utilisateur presse une partie du dispositif d’entrée de données de la . Fig. 4 montre un exemple de signal électrique (gauche) et sa conversion (droite) en graphe temporel de pente dudit signal. Fig. 5 montre des exemples de découpages en fenêtres temporelles de graphes temporels de pente de signaux électriques observés lorsqu’un utilisateur presse une partie du dispositif d’entrée de données. Il est maintenant fait référence à la . Un dispositif d’entrée de données 10 comprend une surface fonctionnelle 12 adaptée à recevoir des pressions de doigts 14 d’un utilisateur, un film piézoélectrique 16 disposé en dessous de la surface fonctionnelle 12 et adapté à émettre un signal électrique en fonction des pressions de doigts 14 de l’utilisateur sur la surface fonctionnelle 12, et unité de calcul 18 configurée pour recevoir le signal généré par le film piézoélectrique 16 en réponse à la pression de doigts 14 sur la surface fonctionnelle 12, et déterminer à partir de ce signal une zone de la surface fonctionnelle 12 pressée par l’utilisateur. Le dispositif d’entrée de données 10 permet d’identifier la forme et la position d’une pression faite sur la surface fonctionnelle 12 par l’utilisateur à l’aide d’un ou plusieurs doigts. La forme de la pression peut être un point (par exemple si le dispositif d’entrée de données 10 est un clavier), un trait ou une figure bi-dimensionnelle (par exemple un cercle, un zigzag ou un triangle). La surface fonctionnelle 12 inclut une face externe 20 qui reçoit les pressions de doigts 14 de l’utilisateur, et une face interne 22 connectée au film piézoélectrique 16. La surface externe 20 peut recevoir directement la pression des doigts 14 de l’utilisateur par exemple comme surface tactile, ou via l’interaction d’un dispositif mécanique, comme par exemple une touche de clavier. La surface fonctionnelle 12 peut être une surface monolithique ou être constituée d’une pluralité de surface adjacentes. La surface fonctionnelle 12 peut être n’importe quelle surface adaptée à transmettre la pression des doigts de l’utilisateur au film piézoélectrique 16. De ce fait, la surface fonctionnelle 12 peut être relativement rigide tant que le film piézoélectrique 16 peut détecter un déplacement atomique dans la surface fonctionnelle 12. La surface fonctionnelle 12 peut être de n’importe quelle matière et forme. Le film piézoélectrique 16 peut être directement collé à la surface fonctionnelle 12. Dans une autre mode de réalisation, un élément est disposé entre le film piézoélectrique 16 et la surface fonctionnelle 12. Cet élément permettant de transmettre la pression des doigts de l’utilisateur. Le film piézoélectrique 16 inclut au moins un film piézoélectrique ayant au moins un axe de sensibilité. Ainsi, dépendamment de la mise en œuvre du dispositif d’entrée de données 10, il peut y avoir, un seul film ayant un seul axe de sensibilité pour la détection de pressions disposées en ligne (par exemple des touches disposées en ligne ou d’un mouvement de type trait, on a alors besoin de la détection que selon une dimension/axe), ou alors il peut y avoir, un seul film ayant deux ou plus axes de sensibilité pour la détection de pressions suivant deux dimensions/axes (par exemple des touches disposées en lignes et colonnes (matrice) ou d’une figure bidimensionnelle). Il se peut aussi que le film piézoélectrique 16 inclut deux ou plus films piézoélectriques ayant chacun un axe de sensibilité pour la détection de pressions suivant deux dimensions. L’unité de calcul 18 permet d’analyser les pressions de doigts 14 sur la surface fonctionnelle 12 pour en déduire leur localisation et forme. Pour ce, l’unité de calcul utilise un algorithme de classification. Le nombre de classes de l’algorithme de classification dépendra du nombre de forme/localisation de pressions de doigts à identifier. Par exemple, pour un clavier numérique à 9 chiffres, le nombre de classes sera de 9. L’unité de calcul 18 peut se trouver proche ou distante de la surface fonctionnelle 12. En référence maintenant à la , un exemple de mise en œuvre du dispositif d’entrée de données 10 est montré sous la forme d’un clavier numérique 24 à 9 touches, chaque touche correspondant à un chiffre allant de 1 à 9. La surface fonctionnelle 12 est pour cela divisée en 9 zones 26. Cette division peut être virtuelle ou physique. Comme le dispositif d’entrée de données 10 est un clavier numérique 24 ayant des lignes et des colonnes (i.e. bi dimensionnel), le film piézoélectrique 16 a au moins deux axes de sensibilité. Dans le cas de la , il a été choisi que le film piézoélectrique 16 soit constitué de deux films piézoélectriques, chacun ayant un axe de sensibilité. Il aurait aussi été possible d’avoir qu’un seul film piézoélectrique mais que celui-ci ait deux ou plus axes de sensibilité. Il aurait aussi été possible d’avoir plus de deux films piézoélectriques. Dans le cas de la , donc, le film piézoélectrique 16 est constitué d’un premier film piézoélectrique 28 ayant un premier axe de sensibilité 30, et d’un deuxième film piézoélectrique 32 ayant un deuxième axe de sensibilité 34. Les axes de sensibilité 30, 34 sont montrés en pointillés sur la . Le premier film piézoélectrique 28 est disposé par rapport au deuxième film piézoélectrique 32 de sorte à avoir le premier axe de sensibilité 30 à un axe non nul du deuxième axe de sensibilité 34. Dans l’exemple de la , l’angle entre le premier axe de sensibilité 30 et le deuxième axe de sensibilité 34 est 90 degrés. Il se pourrait cependant, que le premier axe de sensibilité 30 soit à un angle non-nul autre que perpendiculaire au deuxième axe de sensibilité 34. Avoir les axes de sensibilité 30, 34 du ou des films piézoélectriques permet de pouvoir détecter une forme qui serait soit à une position bidimensionnelle sur la surface fonctionnelle 12, comme par exemple un point sur la clavier numérique 24, soit une forme bidimensionnelle, comme un cercle, triangle ou zigzag. En référence maintenant à la , il est montré un exemple de signal généré par le premier film piézoélectrique 28 lorsque la surface fonctionnelle 12 est touchée à différents endroits par l’utilisateur. On voit donc que pour chaque point d’impact du doigt 14 (par exemple l’utilisateur presse une zone de la surface fonctionnelle 12 correspondant à la touche 1, ou à la touche 3) une signature électrique E1, E2, … En différente est générée par le film piézoélectrique. Ainsi, à partir des signatures, l’unité de calcul 18 grâce à l’algorithme de classification va pouvoir déterminer quelle zone et/ou forme de la surface fonctionnelle 12 a été pressée par l’utilisateur. Pour que l’algorithme de classification puisse utiliser les signatures électriques, celles-ci sont d’abord converties en un vecteur N x 1 de dimension 1, avec les N caractéristiques de ce signal. En référence aux figures 4 et 5, la partie traitement du signal pour obtenir les vecteurs correspondants aux signatures électriques va maintenant être explicitée. La montre sur la gauche un exemple de signal électrique En tel qu’il a pu être enregistré par exemple à la . Le signal électrique En de la figure gauche montre l’évolution de l’intensité dans le temps du signal électrique. Ce signal est d’abord converti en un graphe ( droite) montrant l’évolution de la pente du signal En dans le temps. Cette conversion permet d’éliminer du bruit et de mettre en valeur la variation du signal. Ce graphe d’évolution de la pente du signal En dans le temps va ensuite être découpé en deux ou trois fenêtres temporelles T1, T2, T3, comme illustré à la . La montre 4 graphes d’évolution de la pente du signal électrique émis par les films piézoélectriques selon la zone de la surface fonctionnelle (i.e. touche dans le cas du clavier). Plus précisément, les graphes (A) et (B) sont respectivement les signaux électriques émis par le premier film piézoélectrique 28 lorsque les touches 1 et 3 respectives sont pressées. Les graphes (C) et (D) sont respectivement les signaux électriques émis par le deuxième film piézoélectrique 30 lorsque les touches 1 et 3 respectives sont pressées. Ainsi pour chaque signature électrique reçue par chaque film piézoélectrique transformée en graphe d’évolution temporelle de la pente du signal électrique dans le temps, le graphe de pente est découpé en deux, et possiblement trois fenêtres temporelles. Ces fenêtres correspondent à des phases de pressage du doigt 14 sur la surface fonctionnelle 12 (fenêtre T1), de relâchement du doigt 14 de la surface fonctionnelle 12 (fenêtre T2), et optionnellement, si cela se produit, d’un rebond une fois le doigt relâché (comme par exemple dans un clavier) (fenêtre T3). La montre un exemple de découpage de pente du signal électrique en trois fenêtres (le rebond étant présent). Lors de la première fenêtre temporelle T1 correspondant au pressage du doigt 14 sur la surface fonctionnelle 12, la pente est positive ou négative. Lors de la deuxième fenêtre temporelle T2 correspondant au relâchement du doigt 14 de la surface fonctionnelle 12, la pente est de signe inverse par rapport au signe de la pente dans la première fenêtre temporelle T1. La délimitation entre la première et la deuxième phases est donc au moment de changement de signe. Lors de la troisième fenêtre temporelle T3 correspondant au rebond optionnel, la pente est de signe inverse par rapport au signe de la pente dans la deuxième fenêtre temporelle T2 (resp. positive ou négative). La délimitation entre la deuxième et la troisième fenêtres temporelles T2, T3 est donc au moment de changement de signe. Selon un mode de réalisation, un algorithme de traitement du signal permet de découper chaque graphe temporel de pente du signal électrique en 2 ou 3 fenêtres temporelles en regardant les changements de signe de la pente. Pour chaque fenêtre temporelle, des caractéristiques vont être extraites. L’algorithme d’apprentissage supervisé utilisera ces caractéristiques pour classifier la signature électrique reçue en zone et/ou forme correspondante de la surface fonctionnelle (i.e. pour un clavier en identification de touche pressée par l’utilisateur ou pour une surface tactile identifier la forme tracée par l’utilisateur). Il peut y avoir une multitude de caractéristiques, et l’algorithme peut utiliser une, plusieurs ou toutes les caractéristiques qui lui sont fournies pour déterminer la zone/forme correspondante de la surface fonctionnelle. Selon un exemple, les caractéristiques extraites du graphe temporel de pente du signal électrique sont : (1) Durée de la fenêtre temporelle, pour chacune des 2 ou 3 fenêtres temporelles identifiées plus haut déterminées sur le graphe d’évolution temporelle de la pente du signal électrique dans le temps, (2) Amplitude maximale du graphe temporel du signal électrique dans chaque fenêtre temporelle, (3) Amplitude maximale de pente du graphe temporel de pente du signal électrique dans chaque fenêtre temporelle, (4) Ratios des amplitudes de pentes pour chaque fenêtre temporelle et pour les différents films piézoélectriques (si 2 piezos, 3 ratios calculés, si 3 piezos, 9 ratios calculés) calculés sur le graphe d’évolution temporelle de la pente du signal électrique dans le temps. Les caractéristiques ainsi obtenues sont mises sous forme vectorielle comme données d’entrée de l’algorithme de classification. Par exemple, si un seul film piézoélectrique est utilisé [Caractéristique 1, Caractéristique 2, …., Caractéristique N] . Si deux films piézoélectriques sont utilisés [Caractéristique 1- Piezo 1, Caractéristique 2- Piezo 1, …., Caractéristique N- Piezo 1, Caractéristique 1- Piezo 2, Caractéristique 2- Piezo 2, …., Caractéristique N- Piezo 2]. Si M films piézoélectriques sont utilisés [Caractéristique 1- Piezo 1, Caractéristique 2- Piezo 1, …., Caractéristique N- Piezo 1, Caractéristique 1- Piezo 2, Caractéristique 2- Piezo 2, …., Caractéristique N- Piezo 2, ……. Caractéristique 1- Piezo M, Caractéristique 2- Piezo M, …., Caractéristique N- Piezo M]. L’algorithme de classification aura autant de classes que de zones/formes à détecter. Par exemple, pour un clavier à 9 chiffres, il y aura 9 classes. Selon un mode de réalisation, l’algorithme de classification est un algorithme ensembliste. Selon un mode de réalisation, l’algorithme de classification est un algorithme ensembliste de type boosting. Un algorithme de boosting est une technique d'apprentissage automatique qui combine les prédictions de plusieurs modèles faibles ou de base pour créer un modèle de prédiction plus fort et plus précis. Le boosting appartient aux méthodes d'apprentissage d'ensemble, où plusieurs modèles sont formés et combinés pour faire de meilleures prédictions que les modèles individuels. En boosting, les modèles de base sont généralement simples et faibles, comme les arbres de décision avec une profondeur limitée ou des réseaux de neurones peu profonds. Chaque modèle de base est entraîné sur un sous-ensemble des données d'entraînement ou avec différents poids attribués aux points de données. Les modèles sont formés de manière itérative, chaque modèle suivant se concentrant sur les exemples qui ont été mal classés par les modèles précédents. Au cours du processus de formation, le renforcement attribue des poids plus élevés aux exemples mal classés, leur donnant effectivement plus d'importance. Les modèles suivants sont ensuite formés pour hiérarchiser les exemples mal classés, en essayant de corriger les erreurs commises par les modèles précédents. Ce processus itératif se poursuit jusqu'à ce qu'un critère d'arrêt prédéfini soit satisfait, tel qu'un nombre maximal de modèles ou un niveau de précision souhaité. La prédiction finale est faite en combinant les prédictions de tous les modèles de base, généralement par le biais d'un système de vote pondéré. Les poids sont déterminés en fonction des performances de chaque modèle de base pendant l'entraînement. L'idée derrière le boosting est qu'en combinant plusieurs modèles faibles, chacun se concentrant sur différents aspects des données, le modèle global peut capturer des relations complexes et améliorer la précision prédictive. Les algorithmes de boost populaires incluent AdaBoost (Adaptive Boosting), Gradient Boosting et XGBoost (Extreme Gradient Boosting). Dispositif (10) d’entrée de données comprenant : Une surface fonctionnelle (12) adaptée à recevoir une pression d’un utilisateur, comme la pression d’un doigt (14) d’un utilisateur ; Un film piézoélectrique (16) ayant au moins un axe de sensibilité (30, 34) et étant disposé en dessous de la surface fonctionnelle et adapté à émettre un signal électrique en fonction de la pression reçue par la surface fonctionnelle ; et Une unité de calcul (18) configurée pour : Recevoir le signal généré par le film piézoélectrique en réponse à la pression sur la surface fonctionnelle ; et Déterminer à partir de ce signal une zone et/ou une forme de la surface fonctionnelle pressée par l’utilisateur grâce à un algorithme de classification. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la forme est un point, un trait ou une figure bi-dimensionnelle. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel l’unité de calcul est configurée pour déterminer à partir du signal généré par le film piézoélectrique la séquence temporelle de pressage de la surface fonctionnelle grâce à un algorithme de classification. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif d’entrée est un clavier (24), la surface fonctionnelle inclut une pluralité de zones (26), chaque zone correspondant à une touche, et l’unité de calcul est configurée pour déterminer à partir de ce signal la touche correspondant à la zone de la surface fonctionnelle pressée par l’utilisateur. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel les touches sont disposées selon une ligne et le film piézoélectrique est un unique film piézoélectrique ayant un axe de sensibilité disposé parallèle à la ligne de touches. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel les touches sont disposées en matrice selon des lignes et des colonnes, et le film piézoélectrique est un unique film piézoélectrique ayant au moins deux axes de sensibilité non parallèle. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel les touches sont disposées en matrice selon des lignes et des colonnes, et le film piézoélectrique est constitué d’un premier film piézoélectrique (28) ayant un premier axe de sensibilité (30) et d’un deuxième film piézoélectrique (32) ayant un deuxième axe de sensibilité (34), le premier film piézoélectrique étant disposé par rapport au deuxième film piézoélectrique de sorte à avoir le premier axe de sensibilité à un angle non nul, préférentiellement à 90 degrés, du deuxième axe de sensibilité. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel le premier film piézoélectrique est disposé vis-à-vis de la surface fonctionnelle de sorte à avoir le premier axe de sensibilité parallèle aux lignes de la matrice de touches, et le deuxième film piézoélectrique est disposé vis-à-vis de la surface fonctionnelle de sorte à avoir le deuxième axe de sensibilité parallèle aux colonnes de la matrice de touches. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’algorithme de classification est de type ensembliste. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel l’algorithme de classification est de type boosting, par exemple Adaptive Boosting, Gradient Boosting, ou Extreme Gradient Boosting. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le film piézoélectrique est directement collé à la surface fonctionnelle. Véhicule automobile comprenant le dispositif d’entrée de données selon l’une des revendications 1 à 11.