De la recherche fondamentale au partenariat industriel

projet STILµFORCE

Chapitres
  1. projet STILµFORCE
  2. Nanotribologie

Projet StilµForce

StilµForce est un projet de recherche industrielle financé par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR) pour une durée de trois ans à compter du 5 février 2008. Il s'inscrit dans le thème PSIROB 2007 intitulé : nouvelles architectures et commande avancées. Il consiste à l'étude et au développement de stations de mesure de micro et nanoforce pour l'industrie en étroite collaboration avec la société Stil, le département MN2S et l'équipe génétique et reproduction.

Porteur : Emmanuel Piat du département AS2M.

Résumé du projet

Le projet STILµFORCE est un projet de recherche industrielle qui a pour objectif de permettre à l’entreprise STIL de développer une maîtrise de la mesure très basse fréquence de micro et nano force par l’approche des ressorts magnétiques. Deux capteurs sont développés dans ce projet : un capteur ne mesurant qu’une composante horizontale de la force et un capteur capable de mesurer les 2 composantes horizontales ainsi que le couple vertical. Le premier est un capteur passif, le deuxième est décliné en version passive et active. Dans les deux cas, la force constitue le signal excitateur inconnu d’un transducteur (masse sismique) dont seule la grandeur de sortie (déplacement de la masse sismique) est mesurable à l’aide des capteurs confocaux chromatiques de la société STIL. Cette problématique de la reconstruction d’un signal d’entrée inconnu à partir d’un signal de sortie bruité, est abordée dans ce projet sous l’angle du filtrage de Kalman (capteur passif) et de la synthèse H2 (capteur actif). Elle doit déboucher sur des dispositifs dont les performances de mesure (temps de réponse, rapport S/B) sont simples à ajuster et dont l’étalonnage soit aisé malgré l’absence d’étalon de micro et nano force.

Défi scientifique

synthétiser des observateurs à entrées (force) inconnues de manière à ce que l’estimation de ces entrées reste performante malgré la dynamique mal amortie du transducteur, les bruits de mesures, l’incertitude sur la dynamique des entrées inconnues et les erreurs de modélisation du capteur.

Défi technologique

maîtriser les dispositifs de mesure de micro et nano force utilisant des ressorts magnétiques passifs ou actifs de manière à produire une estimation fiable de ces forces.

Structuration du projet

Les différents sous projets
  • SP1 : étude et développement d’un capteur de forces par lévitation diamagnétique,
  • SP2 : étude et développement d’un capteur de forces par flottaison passive et active,
  • SP3 : validations expérimentales,
  • SP4 : spécification d’une gamme fonctionnelle de stations de mesure de micro et nano forces,
  • SP5 : études de faisabilité d’un nanotribomètre et de mesures de forces en milieu liquide.
Planning du projet
planning

Planning prévisionnel du projet StilµForce

Résultats Majeurs

Le premier capteur (passif) de micro et nano force qui utilise la lévitation diamagnétique passive en cours de transfert. Il est actuellement utilisé pour effectuer des mesures expérimentales dans le cas de l'évaluation des forces de pull-off qui interviennent lors de la séparation de micro-objets. Il est également utilisé pour étalonner des microlevier et pour la mesure d'effort de friction.

L’algorithme d'estimation optimale de la force inconnue appliquée est opérationnel. Le compromis entre le temps de réponse et le rapport signal sur bruit du capteur est réglé par un paramètre unique en fonction de l'utilisation visée.

levitation v2

Capteur à lévitation passive

L’étude du deuxième capteur (actif) qui utilise un principe de flottaison couplé à des ressorts magnétiques a donné lieu à une thèse soutenue en 2009. Ont été abordé la modélisation, la conception, la commande et l’observation de la force et du couple inconnus. La fabrication de ce capteur est terminée pour le mode passif.

flottaison

Capteur a flottaison magnétique

plateforme3d

Principe du capteur à flottaison magnétique

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