Maurin Donneaud

Designer d’interaction @ DataPaulette, Hackerspace textile, 19 rue Garibaldi 93100 Montreuil (Seine-Saint-Denis).

Keyboard/projet

Issu d’une recherche sur les textiles tactile, le projet keyboard est une base technique qui donne lieu aujourd’hui à plusieurs projets. Dans chacun de ces projets le textile est un moyen de localiser et quantifier les pressions qu’il reçoit. D’un simple effleurement à une pression du pied, le capteur entièrement textile possède une grande plage de sensibilité.

Scénario N°1 : une interface textile pour l’interprétation de musiques électroniques. Cette surface de jeu donne une place importante au geste pour composer de façon intuitive une musique "chorégraphiée". Ce clavier comporte deux modes, un mode standalone et un mode USB. Le mode standalone permet de jouer directement sur des enceintes pré-amplifiées un son de synthèse proche des sons de console de jeu. En mode USB, les informations de positions et de pressions captées sont transmises à des logiciels de son tels que Live, super Collider, PureData, etc, via le protocole MIDI. Le premier prototype réalisé dans le cadre du festival Schmiede en Autriche : http://youtu.be/J811Fan4r2w

Scénario N°2 : un doudou musical ;-) Réalisé à partir du même tissu capteur, Polyssons est un instrument pour les enfants de 4 à 8 ans. Polyssons invite l’enfant à parcourir la surface de ses petites mains pour jouer avec des sons illustrés. La composition graphique et sonore constitue un univers ludique et poétique. Chaque composition comporte une grande diversité de sons. Le premier “textile polyphonique” porte sur le thème des oiseaux. Ce textile fonctionne avec une petite carte électronique qui comporte une enceinte et une batterie rechargeable. Polyssons is a musical blanket made for children age 4 to 8. Made with sensor fabric and developed in collaboration with Malter knitting industry (Moreuil, France), Polyssons encourages experimentation of the tactile surface that may be touched to trigger a dynamic interface of multiple sound responses. The sound composition and graphics notations are playful and poetic. The first version of Polyssons is inspired by the sounds and images of birds. This "polyphonic textile" includes a wide variety of birds songs. This musical blanket works with a small electronic card that contains a speaker and a rechargeable battery.

Scénario N°3 : un tapis-clavier pour Twitter avec les pieds (Twitterfeed : http://twitter.com/TweetfeetRSNA). Tissé sur mesure, la structure de ce capteur est composée d’un réseau d’interrupteurs textiles souples et résistants aux sollicitations des pas. La carte d’acquisition se présente sous la forme d’une extension pour la carte électronique Arduino, elle permet d’acquérir et transmettre la position des appuis à n’importe quelle application de votre ordinateur. Le graphisme (couleurs, typo, logo) du clavier est entièrement personnalisable. Une sous couche PVC antidérapante permet au clavier de se maintenir en place et le protéger de l’humidité.

Scénario N°4

Réaliser un clavier à limage d’un piano pose la problématique d’une organisation des notes sur un espace en deux dimensions. Plusieurs projets répondent à cette organisation spatiale des notes, voici quelques références :
- http://www.lambdoma.com/keyboard.php
- http://hotchk155.blogspot.fr/2010/01/poor-mans-harmonic-keyboard.html
- https://fr.wikipedia.org/wiki/Roger_Linn
- http://www.rogerlinndesign.com/linnstrument.html
- http://www.suzukimusic.co.uk/omnichord-heaven/index.html l’Omnichord est un instrument qui propose un jeux musical que nous pouvons adapter au textile...

Scénario N°5

Keyboard/tutoriel

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Solution tricot

Réalisé en tricot, la structure du premier prototype alternait bandes de fils conducteurs et bandes de molleton (bouclette). Cette composition donnant au matériau la résilience nécessaire pour revenir en forme après une sollicitation. A ce stade du projet, il s’agissait de concevoir un matelas d’interrupteurs tout ou rien (Cf : schéma à gauche).

Difficultés rencontrées

Le principe de balayage lignes/colonnes d’une matrice d’interrupteurs comporte un problème de « ghost » qui intervient lorsque plusieurs interrupteurs sont activés simultanément. Ce problème se manifeste par un interrupteur ouvert vu comme fermé. Par exemple si SW1, SW5, SW6 sont fermés et SW2 est ouvert, l’électronique déduira SW2 comme fermé. La vidéo suivante présente ce phénomène : Troubleshooting Pinball Switch Matrix with a Shorted Diode, et le brevet "Intelligent textile technology based on flexible semiconductor skins" utilise un matériaux semi-conducteur pour résoudre ce problème. Il semble aussi possible d’utiliser un matériau résistif entre les deux textiles qui constituent la matrice d’interrupteurs. En principe, les valeurs de tension échantillonnées pour les contacts fantômes doivent être inférieures aux valeurs des contacts réels. Pour tester cette hypothèse, nous utiliserons donc les entrées analogiques d’un microcontrôleur pour discriminer les valeurs fantômes.

Solution piezoresistive

Pour localiser les appuis sur les "clefs" de ce clavier, la structure textile se compose de trois couches. Une couche de textile piezo-resistif au milieu de deux couches composées de bandes conductrices, l’une orientées dans le sens vertical, l’autre, horizontal. Cette structure permet d’indexer plusieurs capteurs en fonction des numéros des lignes et des colonnes de cette matrice. Avec la découverte du textile piezo-resistif de la société Eeonyx, le projet c’est rapidement orienté ver une solution de capteur proportionnel qui permet de mesurer la pression exercée sur chacune des touches. Ce textile est notamment commercialisé par la société Anglaise Hitek. Le textile conducteur provient de la société Allemande Statex GmbH. Découpé en bandes de 15mm ce textile est assemblé avec un adhésif thermo-fusible sur un textile d’aspect.

La carte électronique

La première version de la carte électroniques comporte deux types de composants : un multiplexeur analogique 16 voies qui permet d’augmenter le nombre d’entrées analogiques de la carte Arduino et deux registres à décalage qui permettent d’augmenter le nombre de d’entrées/sorties digitales.
Pour réduire l’encombrement du dispositif électronique et réduire la latence entre chaque lecture, la carte Teensy 3.1 s’est imposée comme une solution efficace. En effet comme cette carte dispose d’un plus grand nombre d’entrées / sorties analogiques nous n’avons plus besoin d’ajouter de multiplexeur et registres à décalage. D’autre part, avec la Teensy nous pouvons profiter de convertisseurs analogiques numériques 16 bits au lieu de 10 bits pour la Arduino. Cette résolution nous permet de mesurer la pression des contacts avec plus de précision.
Pour ce faire nous utilisons le principe du pont diviseur de tension. Chacune des colonnes de la matrice est donc reliée à une entrée analogique et à la masse via une résistance de 10KOhm. Le textile piézorésistif d’une valeur de 20KOhm constitu l’une des deux résistances du pont diviseur.

Synopsis du programme

  • Pour mesurer la valeur de chacun des capteurs textiles, le programme effectue un balayage lignes colonnes sur la matrice de bandes de textile conducteur. Pour réaliser ces mesures, chacune des lignes est reliée à une entrée/sortie digitale et chacune des colonnes à une entrée analogique du micro-contrôleur.
  • Le balayage lignes colonnes consiste à activer une broche digitale et mesurer séquentiellement chacune des entrées analogiques.
  • Les broches digitales qui ne sont pas activées doivent être dans l’état haute impédance.

La connectique textile/électronique

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La connectique entre la carte électronique et le capteur textile est assurée par deux bus textiles (en vert sur le schéma ci-dessous). Ces bus sont commercialisés en quatre pistes chez Adafruit. Pour pouvoir utiliser des connecteurs traditionnels, l’espacement entre les pistes conductrices de ces bus est rigoureusement le même que le standard en électronique (2,54 mm).
Les liaisons électriques entre les bandes conductrices du capteur et les pistes conductrices du bus sont réalisées avec un fil conducteur brodé à chacune des intersections (en rouge sur le schéma). Un fil 117/17 2 ply est suffisamment fin pour réaliser les connections avec une machine à coudre.
Les liaisons électriques entre les pistes conductrices du bus et la carte électronique sont réalisées avec des "agrafes CRIMPFLEX" sertie mécaniquement sur chacune des pistes du bus (en jaune sur le schéma). Le sertissage de ces connecteurs sur les bus textiles est effectué avec une pince à sertir de chez Nicomatic. Cet agrafeuse qui permet de sertir des connecteurs sur circuit souple est aussi adaptée pour notre bus textiles.

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Pour adapter la carte Teensy3.1 à cette matrice de capteurs textiles, un shield a été réalisé. Ce shield intègre un circuit de charge de batterie Lithium-Ion et une sortie casque pour permettre une utilisation standalone.

La communication

En mode USB les données du capteur sont transférées en MIDI. Cela permet d’interfacer le capteur avec la plupart des applications musicales. 512 octets sont nécessaires pour transmettre les valeurs de l’ensemble des 256 capteurs de pression, chaque capteur possède une résolution de 10 bits. Une en-tête de valeurs fixes et unique est aussi nécessaire pour identifier chacune des trames ressues par l’ordinateur. Pour la réception des données, la première opération consiste à retrouver l’en-tête dans le flux des valeurs reçues. Les valeurs qui suivent peuvent alors être reclassées et utilisées par une application.

Maurin Donneaud 2012-10-23 10:49:56

voir aussi http://tapiton.drone.ws/fr/index.html

Ringue 2013-11-19 10:23:15

Bonjour,
Je trouve le projet vraiment intéressant et en particulier sur le travail de la connectique entre textile et alimentation électronique.
Je ne m’y connais pas trop et souhaiterais connaître qq détails à ce sujet :
- est-ce une connectique innovante ou peut-on trouver ce genre de connectique en standardisée en magasin ?
- comment peut-on se procurer ou fabriquer une connectique de ce genre ? je veux dire, avec quels éléments standards de base ?

Merci d’avance pour vos réponses.

Elisa

Maurin Donneaud 2013-11-20 00:10:33

Tu peux trouver un produit de ce type chez Sparkfun https://www.sparkfun.com/products/11680 si tu ne veux pas payer les taxes de douane tu peux passer par un revendeur français : http://www.lextronic.fr/
Pour fabriquer les bus 16 pistes j’ai travaillé avec une entreprise française qui se trouve du coté de Saint-Étienne : http://www.julien-faure.fr/

Ringue 2013-11-22 15:56:02

Génial, merci pour toutes ces infos !

Juste pour être sûre de bien comprendre :
1) les fils conducteurs sortent du tapis et sont intégrés au textile conducteur acheté chez Sparkfun ?
Par couture ?
2) comment le textile conducteur est-il relié au "crimp connector" (partie mâle) ?
>> le "crimp connector" est intégré au textile conducteur acheté chez Sparkfun ?
>> on achète le "crimp connector" (partie mâle & femelle)chez lextronic.fr et on l’assemble nous même ?
— > quelle est la référence/nom de ce crimp connector sur ce site ?
— > comment l’intégrer au textile conducteur ?
3) te souviens-tu du coût de ce connecteur (avec et sans intégration) ?
4) les bus 16 pistes comprennent seulement la connectique ? ou aussi l’intégration et le textile conducteur ?

J’essaie de monter une connectique similaire, tes infos me seront très précieuses.
Merci d’avance !

Maurin Donneaud 2013-11-24 17:58:12

1) oui, la connexion entre le bus et les bandes conductrices du capteur est un travail réalisé à la main car cette connexion est particulièrement délicate et importante pour le bon fonctionnement du capteur.
2) Sparkfun commercialise un système à connecter soi-même :
https://www.sparkfun.com/products/11681
3) voir sur le site internet
4) tu ne trouveras pas de bus seize pistes, seulement des huit pistes. J’ai réalisé les bus 16 pistes avec une entreprise de passementerie et la connexion des crimps avec une machine industrielle traditionnellement utilisée pour réaliser des connexions sur circuit souple (Capron, Mylar).

Ringue 2013-11-26 10:27:13

Ok merci bien !

En revanche je ne trouve pas du tout le genre de connectique que tu as utilisée (sparkfun) sur le revendeur français : http://www.lextronic.fr/
>> En as-tu déjà acheté ? As-tu une référence produit à me communiquer ?

>> Quand tu parles de "bus", tu parles bien des pistes conductrices que l’on trouve sur la bande de textile conductrice ?
>> As-tu réalisé les bus 16 pistes car tu avais 16 fils conducteurs sortant de la techno tactile à y relier par couture ?
Cela voudrait dire que tu relis un fil conducteur (de ta techno tactile) / un fil conducteur de ton textile conducteur.
>> Ou quel principe as-tu utilisé pour relier par couture tes fils conducteurs à ta bande de textile conducteur ?
>> As-tu noté des pertes importantes de conductivité ?

Merci pour tout !

Elisa

Maurin Donneaud 2013-11-27 11:42:47

Tu peux contacter Lextronic pour leur demander si ils peuvent commander cette référence pour toi.
Un bus est le ruban qui comporte plusieurs pistes conductrices, traditionnellement en plastique il est aussi appelé nappe électronique. J’ai travillé avec un bus 16 pistes mais tu peux aussi utiliser deux bus huit pistes. J’utilise un fil
polyester-argent pour faire la liaison entre le bus et le capteur