Exploitation of haptic renderings to communicate risk levels of falling

Falls represent a major cause of injury that could lead to death. This observation is even more accentuated in the elderly. Indeed, with aging comes some deterioration (gait disturbances, balance disorders, and sensory motor impairments) that may lead to falls. The research project presented in this thesis is focused on the problem of reducing the risk level of falling. This study proposes a solution for the communication of haptic information to reduce the risk of falling. This solution is part of the design of a haptic communication system in a controlled environment. This new system introduces the notion of haptic perception through the communication of information by touch using the foot, which the literature does not generally mention. For the design of this system, we first studied the use of tactile stimuli to evaluate the possibility of communicating a risk level through a haptic modality. Then, having hypothesized that some factors could influence the communication of stimuli representing the risk levels of falling, we conducted a second study to evaluate the effect of auditory disturbances during the communication of these stimuli. Third, to determine whether the user had the necessary time to act after the perception of the risk level, we analyzed a variation of the simple reaction time when walking on different types of soil. These results encouraged us to do a fourth assessment of reaction time using a new device coupled with a smartphone that can be positioned at different locations on the body. Several experiments have been done to validate each of the steps. With this, we can now communicate a risk level of falling to users through the haptic channel using an active device and easily differentiable stimuli. In addition, we can evaluate auditory factors during such a haptic perception. Finally, we can evaluate the physiological characteristics of the users (response time) while seated and while walking on different types of soil. Les chutes representent une cause majeure de blessures pouvant entrainer la mort. Cette observation est encore plus accentuee chez les personnes âgees. En effet, avec le vieillissement, certaines deteriorations (troubles de la demarche, troubles de l’equilibre, troubles sensorimoteurs) peuvent entrainer des chutes. Le projet de recherche presente dans cette these fait partie du probleme de la reduction du risque de chute. En particulier, cette etude propose une solution au probleme de la reduction du risque de chute par la perception haptiques. Cette solution integre la conception d’un systeme de communication haptique dans un environnement controle. Ce nouveau systeme introduit la notion de perception haptique a travers la communication de l’information par le toucher avec le pied, que la litterature ne mentionne generalement pas. Pour cela nous avons d’abord etudie l’utilisation de stimuli tactiles pour evaluer la possibilite de communiquer un niveau de risque par la modalite haptique. Puis, ayant emis l’hypothese que certains facteurs pourraient influencer la communication de ces stimuli, nous avons mene une deuxieme etude pour evaluer l’impact des perturbations auditives lors de la perception haptique du niveau de risque. Troisiemement, afin de savoir si l’utilisateur avait le temps necessaire pour agir apres la perception du niveau de risque, nous avons analyse la variation du temps de reaction simple en marchant sur differents types de sols. Les resultats obtenus dans cette derniere etude nous ont motive a faire une quatrieme evaluation du temps de reaction mais en utilisant un nouveau dispositif couple a un smartphone qui peut etre positionne a differents endroits du corps. Plusieurs experiences ont ete realisees pour valider chacune des etapes. Avec toutes ces etudes, nous pouvons maintenant communiquer aux utilisateurs un niveau de risque a travers le canal haptique en utilisant un dispositif actif et des stimuli facilement differentiables. En outre, nous pouvons evaluer les facteurs externes (auditifs) au cours d’une telle perception haptique. Enfin, nous pouvons evaluer les caracteristiques physiologiques des utilisateurs (temps de reponse) en position assise et en marchant sur differents types de sols.