Takafumi Horiuchi

Trois projets d’atelier de conception

2019–2020

Présentation

Dans le cadre du master en Design & Engineering au Politecnico di Milano, j’ai travaillé chaque semestre avec une équipe différente dans les cours Design Studio. Nous avons développé des propositions de produits intégrées, depuis la définition du problème et des besoins des utilisateurs jusqu’à la conception des formes, des mécanismes, des interactions et des procédés de fabrication. Cette page présente trois projets réalisés entre l’hiver 2019 et l’hiver 2020.

  1. Conception d’une machine à café (hiver 2019)HUBBLE est un concept de machine à café partagée conçu autour des préférences individuelles. La proposition comprend une interface circulaire, une buse réglable en hauteur, une tête de distribution rotative, les mécanismes internes et les plans de fabrication.
  2. Conception d’un appareil respiratoire à ventilation assistée pour soudeurs (été 2020)VCS-20 est un concept d’appareil respiratoire à ventilation assistée compatible avec les masques de soudage existants. Il associe une cagoule, un gilet et une unité de ventilation sur les épaules, développés en une maquette portable à l’échelle 1.
  3. Conception d’un dispositif de contrôle préalable au don de sang (hiver 2020)DELCON Massachusetts est un concept de contrôle sans contact avant le don : température, fréquence cardiaque, pression artérielle et hémoglobine. Nous avons conçu le boîtier et un parcours en libre-service couvrant l’identification par code QR, les mesures et le partage des résultats via le cloud.

Conception d’une machine à café (hiver 2019)

Défi : un café personnalisé avec une machine partagée

Dans les colocations, les espaces de travail partagés et les bureaux, une même machine à café sert des personnes aux cultures et aux préférences différentes. Notre étude des machines à capsules existantes a relevé des limites de taille de tasse, des commandes peu claires et des saveurs imposées par la capsule. Devoir répéter des réglages détaillés à chaque boisson rendrait également l’utilisation collective fastidieuse.

Nous avons créé deux personas contrastés : Maria, originaire du Mexique, qui préfère un grand café doux, et Mert, originaire de Turquie, qui préfère un petit café corsé. Ces personas ont orienté les exigences : réglage de l’arôme, de l’intensité, de la température et du volume ; mémorisation des profils et des recettes ; compatibilité avec différentes tailles de tasse et orientations d’installation ; facilité de remplissage et de nettoyage.

Rendu de la machine à café HUBBLE sur le plan de travail d’un bureau partagé. La tête de distribution cuivrée dépasse du corps noir ; l’écran circulaire et une tasse sont visibles.
La proposition HUBBLE associe un corps noir mat, une tête de distribution cuivrée et une commande circulaire dans une forme destinée aux espaces partagés.

Conception : préférences mémorisées et interface circulaire

HUBBLE a été conçue pour reconnaître les utilisateurs par Bluetooth et retrouver leurs recettes enregistrées. À la première utilisation, la personne tourne la molette circulaire pour choisir l’arôme, l’intensité, la température et les autres réglages, puis appuie pour valider. Une boisson favorite peut être nommée et enregistrée pour être retrouvée rapidement, tandis que les recommandations invitent à découvrir d’autres saveurs.

L’interface associe un écran circulaire à une commande rotative avec validation par pression. Elle préserve une façade épurée et rassemble la séquence des réglages et les valeurs courantes au même endroit. La buse se déplace verticalement pour s’adapter à la tasse et maintenir une distance appropriée, d’une petite tasse à expresso à un grand mug.

Démonstration de l’interface circulaire : reconnaissance de l’utilisateur, choix de la recette, réglages de l’arôme, de l’intensité et de la température, puis succession d’écrans prévue jusqu’à la préparation. Il ne s’agit pas d’un essai des performances de préparation sur une machine physique.

Intégrer l’installation, le remplissage et l’entretien

La tête de distribution pivote par rapport au corps pour permettre de placer les tasses sur le côté long ou le côté court du plan de travail. La machine peut ainsi s’adapter aux murs et aux passages dans les cuisines et bureaux exigus. Les réservoirs d’eau et de grains se retirent par le haut ; le récipient à lait et le bac à déchets s’ouvrent par une pression à l’avant. Plusieurs directions restent donc accessibles pour le remplissage et le nettoyage.

Nous avons aussi disposé le broyeur, la pompe, le système de chauffe, le mécanisme d’infusion et le moteur de rotation dans le boîtier, puis développé le modèle CAO 3D et la structure des composants. Le dossier final comprend des plans d’ensemble, une nomenclature et des plans de fabrication des pièces.

Plan d’ensemble de HUBBLE : corps en vue éclatée, tête de distribution rotative, commande circulaire et composants internes numérotés ; nomenclature à droite.
Plan d’ensemble et nomenclature de HUBBLE, montrant la structure générale et les relations entre le boîtier et les mécanismes internes.

Résultat : une conception intégrée développée en CAO et en plans techniques

La proposition finale réunit les exigences issues des scénarios d’usage et des personas, l’esthétique du produit, les parcours de l’interface circulaire, les composants mobiles, les accès d’entretien, l’agencement interne, la CAO 3D, les plans d’ensemble et les plans de pièces. Elle répond à l’usage collectif par une machine conçue pour mémoriser les préférences de chacun.

Product Development Design Studio I, Coffee Machine, groupe 7. Travail collectif de Carla Ayala, Fabio Monza, Ayse Selin Yagsan, Takafumi Horiuchi et Marco Talpo.

Présentation finale

  1. Diapositive de couverture de HUBBLE Coffee Machine : silhouette floue de la machine centrée sur fond sombre.
  2. Intercalaire de présentation du projet : gros plan de la commande circulaire cuivrée et de la tête de distribution de HUBBLE.
  3. Proposition de valeur de HUBBLE : rendu du produit et mots-clés Personalize, Recognize, Suggestion et Position, soit personnalisation, reconnaissance, suggestion et positionnement.
  4. Intercalaire de la conception finale : tête de distribution de HUBBLE vue de dessus en perspective.
  5. Rendu de la proposition HUBBLE sur un plan de travail dans un bureau partagé.
  6. Trois fonctions — personnalisation, reconnaissance et positionnement — illustrées par l’interface circulaire, la reconnaissance de l’utilisateur et la tête de distribution rotative.
  7. Intercalaire de recherche : photographie d’une table et de plusieurs tasses vue du dessus.
  8. Comparaison des cultures du café dans le monde, avec une carte du monde et différents types de tasses.
  9. Intercalaire sur les espaces partagés : photographie de personnes réunies autour d’une machine à café.
  10. Photographies des trois contextes visés : colocation, espace de travail partagé et bureau.
  11. Deux personas contrastés : Maria préfère un grand café doux et Mert un petit café corsé.
  12. Intercalaire du processus de conception : croquis, maquettes et détails de CAO.
  13. Évolution de la forme de la machine, des premiers croquis à une conception dotée d’une tête de distribution rotative.
  14. Comparaison des dimensions et de l’agencement de la Nespresso Pixie et de HUBBLE.
  15. Rendu final de HUBBLE dans une cuisine partagée, versant du café dans une tasse.
  16. Intercalaire de la planche d’ambiance : collage de produits aux finitions noires et cuivrées.
  17. Planche d’ambiance de HUBBLE associant instruments de précision, corps célestes, cuivre et surfaces noires.
  18. Intercalaire sur l’interaction : rendu d’une main utilisant l’écran circulaire et la molette.
  19. Interaction avec la molette circulaire : nom de l’utilisateur, rotation pour sélectionner une option et pression pour valider.
  20. Trois écrans circulaires de réglage : Aroma (arôme), Strength (intensité) et Temperature (température).
  21. Parcours de l’interface circulaire montrant la recette enregistrée Your Americano (votre americano), le choix du volume et les préférences.
  22. Buse réglable en hauteur au-dessus de trois tasses, de la petite tasse au grand mug.
  23. Schéma de rotation de la tête de distribution pour placer les tasses sur le côté long ou court d’un plan de travail.
  24. Réservoirs d’eau et de grains conçus pour être retirés par le haut de la machine.
  25. Récipient à lait et bac à marc de café conçus pour s’ouvrir par une pression à l’avant.
  26. Intercalaire sur les composants internes : rendu transparent du boîtier et des mécanismes.
  27. Disposition interne du broyeur, de la pompe, du système de chauffe, du mécanisme d’infusion, du moteur de rotation et des autres composants.
  28. Deux rendus finaux de HUBBLE montrant son boîtier noir et cuivré de face et en perspective.
Diapositives de la présentation finale, conservées dans leur version originale en anglais.

Conception d’un appareil respiratoire à ventilation assistée pour soudeurs (été 2020)

Défi : une protection respiratoire compatible avec les masques de soudage existants

Les soudeurs ont besoin d’une protection respiratoire et faciale contre les fumées et les projections chaudes. Dans les espaces confinés, l’accumulation d’équipements de protection peut toutefois compliquer leur mise en place et leur retrait, et gêner la vision et les mouvements. Le cahier des charges demandait un appareil léger de protection respiratoire à ventilation assistée (PAPR), adaptable rapidement à un masque de soudage existant.

Nous avons créé Antonio, soudeur à temps plein de 25 ans vivant à Milan, comme persona du projet. Les exigences comprenaient la compatibilité avec différents masques, un format compact, le confort, une batterie remplaçable à longue autonomie, le maintien d’une pression positive, au moins deux réglages de débit d’air, des alarmes visuelles et sonores, un filtre combiné et un débit d’au moins 120 L/min.

Rendu d’un soudeur portant VCS-20 : masque noir, cagoule couvrant le cou, gilet et unité de ventilation en C sur les épaules.
La proposition VCS-20 réunit une cagoule fixée à un masque de soudage existant, un gilet qui maintient le système sur le corps et une unité de ventilation portée sur les épaules.

Conception : cagoule, gilet et unité de ventilation portée sur les épaules

VCS-20 combine une cagoule adaptable, un gilet et une unité de ventilation assistée en forme de C. La cagoule associe du coton résistant à la flamme et du tissu extensible ; six points de fixation Gecko Tape lui permettent de s’adapter à différentes formes de masque. Pendant une pause, le masque peut être relevé seul, sans retirer tout le système.

Le gilet limite les déplacements de l’unité et s’ajuste à la personne par des attaches autoagrippantes et des sangles. Un connecteur magnétique au niveau du cou alimente la cagoule en air ; l’unité de ventilation répartit son poids sur les deux épaules. Des articulations arrière et latérales et des composants en silicone ont été conçus pour s’adapter à différentes morphologies et aux mouvements.

Vue éclatée de VCS-20 : boîtier, couvercle de filtre, filtre combiné, ventilateur, articulations, batterie remplaçable, carte électronique, capteur d’air et commande.
Vue éclatée de VCS-20 : filtre combiné, ventilateur, batterie remplaçable, carte électronique, capteur d’air, commandes et alarmes sont répartis autour des épaules.

Concevoir des commandes et des retours utilisables avec des gants

Une commande par pression et rotation rassemble la mise sous tension et le réglage du débit d’air. Les retours visuels et sonores proposés indiquent l’état du filtre, celui de la batterie et les baisses de débit. Nous avons envisagé des coques moulées par injection et des pièces textiles découpées au laser, en précisant les matériaux, la division en composants et la méthode d’assemblage.

L’équipe a réalisé une maquette d’apparence à l’échelle 1, pouvant être portée, pour explorer l’ajustement ainsi que la mise en place et le retrait du système.

Vue de face d’une personne portant le gilet, la cagoule, le masque de soudage et l’unité de ventilation du prototype VCS-20, cette dernière reposant sur les épaules, avec des vues séparées de la cagoule et de l’unité.
Maquette portable VCS-20 à l’échelle 1, utilisée pour explorer la fixation du gilet, l’ajustement sur les épaules et l’ordre de mise en place de la cagoule et du masque de soudage existant.

Résultat : explorer l’ajustement par la maquette et simuler le fonctionnement

Le projet a réuni les besoins des utilisateurs, le système de portage, l’agencement extérieur et intérieur, les matériaux et procédés de fabrication et une maquette portable à l’échelle 1. Il envisageait l’appareil respiratoire comme une partie d’un ensemble porté intégrant le masque et les vêtements.

Product Development Studio 2, groupe 8. Travail collectif de Takafumi Horiuchi, Hou Weihuan, Giulia Stevanoni et Marco Luigi Talpo.

Présentation finale

  1. Couverture du projet d’appareil respiratoire pour soudeurs : logo BLS, gamme de produits et noms des membres de l’équipe.
  2. Photographie de soudage, difficultés liées aux fumées, aux étincelles, aux espaces confinés et aux équipements complexes, et principaux secteurs utilisateurs.
  3. Étude de marché comparant les appareils respiratoires de soudage disponibles selon leur configuration et leur mode de portage.
  4. Cahier des charges et exigences : compatibilité avec les masques existants, compacité, confort, batterie remplaçable, alarmes et débit d’air.
  5. Antonio, persona de soudeur de 25 ans, recherche légèreté, commandes et mise en place rapides, compatibilité avec son masque et confort.
  6. Rendu final d’un soudeur portant VCS-20, qui associe une cagoule, un gilet et une unité de ventilation sur les épaules.
  7. Vue d’ensemble de VCS-20 avec les variantes de couleur et l’emplacement du capteur d’air.
  8. Simulation de l’écoulement d’air et de particules polluantes autour d’un modèle 3D ; l’air passe de l’unité sur les épaules à la cagoule.
  9. Construction en couches, dimensions et matériaux du gilet : coton résistant à la flamme, néoprène et nylon.
  10. Détails d’assemblage du connecteur magnétique au cou, du tube, de la plaque et des rivets.
  11. Coton résistant à la flamme et tissu extensible de la cagoule, patron et principales dimensions.
  12. Six points de fixation Gecko Tape permettent de fixer la cagoule à des masques de soudage existants de formes différentes.
  13. Vue éclatée de l’unité en C portée sur les épaules, avec les articulations arrière et latérales et les composants en silicone.
  14. Actions de pression et de rotation de la commande multifonction, alarmes visuelles et sonores, matériaux du boîtier.
  15. Vue éclatée complète de VCS-20 : boîtier, filtre combiné, ventilateur, batterie remplaçable, carte électronique, capteurs et autres pièces.
  16. Procédés de fabrication proposés : découpe laser des pièces textiles et moulage par injection des pièces du boîtier.
  17. Maquette portable VCS-20 à l’échelle 1 : vue de face d’une personne la portant et vues séparées de la cagoule et de l’unité sur les épaules.
  18. Photographies de face et de dos de deux personnes portant VCS-20, montrant l’ajustement de la maquette au corps.
  19. Démonstration interactive Unity utilisant une interface mobile et un modèle 3D pour commander le mouvement et le débit d’air simulés.
  20. Concept publicitaire avec un soudeur portant VCS-20 et le slogan FEEL FREE TO BREATHE, une invitation à respirer librement.
Diapositives de la présentation finale, conservées dans leur version originale en anglais.

Conception d’un dispositif de contrôle préalable au don de sang (hiver 2020)

Défi : un contrôle préalable au don en libre-service et sans contact

Le contrôle préalable au don de sang comprend des mesures de température, de fréquence cardiaque, de pression artérielle et d’hémoglobine. Pendant la pandémie de COVID-19, le partage du matériel et la proximité avec le personnel ajoutaient des préoccupations d’hygiène et du stress. Nous avons repensé le processus de mesure sous ces deux angles.

La proposition était une borne en libre-service pour les donneurs de 16 ans et plus en Amérique du Nord, destinée aux centres de collecte, aux sites mobiles et aux bus de don du sang. Les principales exigences étaient des mesures sans contact et non invasives, une forme transportable et facile à nettoyer, des mesures rapides, des dossiers dématérialisés, un partage sécurisé des données et une utilisation sur table comme sur pied.

Concept DELCON Massachusetts de contrôle préalable au don : grand écran dans un boîtier blanc posé sur table, caméras et éclairages en partie haute.
La borne proposée regroupe en partie haute une caméra de vision industrielle pour les images du visage et du lit unguéal, une caméra thermique et des éclairages d’appoint. Un écran et un haut-parleur prennent place dans un boîtier arrondi conçu pour faciliter le nettoyage.

Concept : quatre indicateurs de contrôle à partir de trois méthodes optiques

Le concept combine la photopléthysmographie par imagerie (iPPG), qui estime la fréquence cardiaque et la pression artérielle à partir des variations de couleur du visage, la thermographie, qui mesure la température de surface du visage, et des images prises par caméra associées à l’apprentissage automatique pour estimer l’hémoglobine à partir du lit unguéal. Nous avons retenu ces méthodes pour explorer des mesures sans capteur fixé au corps ni prélèvement sanguin.

Méthodes de mesure et hypothèses de conception consignées dans le projet. Ces chiffres ne sont pas des performances validées. La définition et la source des valeurs ± restent à confirmer.
MesureMéthodeHypothèses de conception du projet
Fréquence cardiaque et pression artérielleiPPG facialeDistance : 0,5–1 m ; éclairement : 1 000–4 000 lx ; durée de mesure : environ 60 s. Fréquence cardiaque : ±3 bpm ; pression artérielle systolique : ±0,4 mmHg ; pression artérielle diastolique : ±0,2 mmHg.
TempératureThermographieDistance : 0,3–1 m ; mesure en temps réel ; ±0,2 °C.
HémoglobineImages du lit unguéal et apprentissage automatiqueÉclairement : 250–3 000 lx ; durée de mesure : environ 15 s ; ±0,92 g/dL.

Du code QR au partage des résultats

Dans le parcours proposé, le donneur scanne le code QR reçu lors de sa préinscription, puis présente un ongle à la caméra de vision industrielle supérieure pour l’estimation de l’hémoglobine. Il se place ensuite devant la borne pour que cette caméra et la caméra thermique capturent les images nécessaires au contrôle de la température, de la fréquence cardiaque et de la pression artérielle. L’écran et le haut-parleur guideraient son positionnement et l’informeraient de l’avancement ; les résultats seraient ajoutés à un dossier dans le cloud pour examen par le personnel.

Parcours proposé avant le don : lecture du code QR, imagerie du lit unguéal, contrôle facial sans contact et partage des résultats avec le personnel via le cloud.
Parcours proposé sur une seule borne : identification par code QR, estimation de l’hémoglobine à partir du lit unguéal, contrôle facial sans contact de trois indicateurs et partage des résultats avec le personnel via le cloud.

Adapter une même borne à l’utilisation sur table ou sur pied

Nous avons conçu la même borne pour qu’elle soit posée directement sur une table ou fixée à un pied dédié, avec un mécanisme à goupille offrant deux hauteurs. La caméra de vision industrielle, la caméra thermique et les éclairages d’appoint sont regroupés en partie haute ; l’écran et le haut-parleur sont en façade. Le dispositif prévoit une alimentation par batterie ou par câble.

Les matériaux et procédés proposés comprennent des composants avant en PC et PET moulés par injection, un boîtier arrière thermoformé puis usiné, une protection d’écran en polycarbonate et un pied en acier A500. Nous avons développé l’agencement interne, les vues éclatées, la séquence d’assemblage et les procédés de fabrication, puis étudié la stabilité structurelle du pied par analyse aux éléments finis.

Vue éclatée de la borne : boîtiers avant et arrière, écran, caméras supérieures, éclairages, haut-parleur, carte électronique et supports.
Vue éclatée de la borne montrant les relations entre les caméras supérieures, l’écran, la carte électronique, les parties avant et arrière du boîtier et les éléments de support qui les fixent.

Résultat : un concept intégré reliant le contrôle du donneur au travail du personnel

Le concept final réunit les contextes d’utilisation et leurs exigences, les méthodes de mesure choisies, un parcours reposant sur le code QR et le cloud, des versions sur table et sur pied, l’agencement interne, les matériaux et procédés de fabrication, les vues éclatées et l’analyse structurelle.

Design Studio, groupe 11. Travail collectif de Fabio Villano, Bhuvanesh Bari, Takafumi Horiuchi et Joeperdo El Husseini.

Présentation finale

  1. Couverture de la borne de contrôle préalable au don : rendu sur table, nom du projet et noms des membres de l’équipe.
  2. Cahier des charges et quatre bénéfices visés : hygiène, réduction du stress, rapidité et distanciation physique.
  3. Publics et lieux visés : donneurs de 16 ans et plus en Amérique du Nord, personnel médical, centres de collecte, sites mobiles et bus de don du sang.
  4. Concept de borne sur pied et principales fonctions, dont l’écran, les caméras supérieures et les éclairages d’appoint.
  5. Estimation proposée de la fréquence cardiaque et de la pression artérielle par iPPG faciale : distance, éclairement, durée de mesure et hypothèses de conception.
  6. Caméra, éclairage et composants de traitement d’image proposés pour la mesure par iPPG.
  7. Mesure proposée de la température de surface du visage par thermographie : distance, rapidité de mesure et hypothèses de conception.
  8. Caméra thermique et composants associés proposés pour la mesure de température.
  9. Estimation proposée de l’hémoglobine par images du lit unguéal et apprentissage automatique : éclairement, durée de mesure et hypothèses de conception.
  10. Dispositif proposé pour estimer l’hémoglobine, utilisant la même caméra de vision industrielle située en partie haute que pour la fréquence cardiaque et la pression artérielle.
  11. Boîtier arrondi conçu pour être stable, facile à nettoyer et transportable.
  12. Comparaison de la même borne en configuration sur table et sur pied.
  13. Mécanisme à goupille permettant de régler le pied à deux hauteurs.
  14. Parcours proposé : lecture du code QR, imagerie du lit unguéal, contrôle facial sans contact et partage des résultats avec le personnel.
  15. Matériaux des parties avant et arrière du boîtier, de l’écran et du pied ; procédés proposés, dont moulage par injection, thermoformage et usinage.
  16. Vue éclatée de la borne complète et de son pied : boîtiers, écran, composants internes, colonne et socle.
  17. Vue éclatée de la borne : boîtiers avant et arrière, écran, caméras supérieures, éclairages, haut-parleur, carte électronique et supports.
  18. Assemblage avant de la borne et éléments de support fixant chaque pièce.
  19. Forme, dimensions principales et détails de fabrication du boîtier avant.
  21. Forme, dimensions principales et détails de fabrication du boîtier arrière.
  22. Analyse aux éléments finis du pied sous charge, avec les distributions de déformation et de contrainte représentées en couleur.
  23. Diapositive de conclusion avec Thank you (merci) sur fond gris.
Diapositives de la présentation finale, conservées dans leur version originale en anglais.