FEMTO-ST-Franche Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies
De la recherche fondamentale au partenariat industriel
Départements de recherche
Thèmes de recherche et réalisations
Thèmes de recherche et réalisations
Les projets de recherche sont présentés ci-dessous à travers leur contribution à la conception de cellule microrobotisées précises et faibles. Les trois premiers relèvent de la constitution de méthodes et d'outils permettant la réaisation des fonctions des cellules de micromanipulation et micro-assemblage.
Etude de la dynamique du micromonde
Diminution du pull-off dans l'eau
L’avènement de moyens de micromanipulation fiables et automatiques est actuellement limité par les effets perturbateurs dus aux phénomènes de surface et d’adhésion, qui rendent la prise-dépose garantie et précise très difficile à ces échelles. L’étude, la modélisation, la mesure de ces phénomènes sont ainsi nécessaires au développement des systèmes de micromanipulations et de leur fiabilité.
Les forces de surfaces et d’adhésion dépendent fortement du milieu environnant et les travaux de modélisation ont porté sur le milieu aérien mais également sur le milieu liquide. La micromanipulation en milieu immergé est en effet une solution originale et prometteuse étudiée proposée par le département pour diminuer les effets perturbateurs des efforts de surface et d’adhésion.
Une autre solution permettant le contrôle des forces et des propriétés de surface est développée à l'aide de la fonctionnalisation chimique et de la structuration de surface
Etude des matériaux actifs
AMF Magnétique
Céramiques Piézo
Le département AS2M a acquis depuis le début de ses recherches en microrobotique une expérience reconnue dans l'exploitation et la commande de plusieurs matériaux actifs : alliages à mémoire de forme (AMF), piézoélectriques, bilames thermiques.
Dans ce domaine, notre démarche scientifique générale consiste ici à :
- comprendre et modéliser de nouveaux phénomènes et matériaux qui nous semblent prometteurs pour l’actionnement dans notre cadre applicatif microrobotique (autant que faire ce peut à travers des modèles de connaissance, exploitables à la fois pour le dimensionnement, l’optimisation et la commande) ;
- développer des actionneurs innovants, exploitables dans le cadre d’applications microrobotiques, voire plus largement méso/micromécatroniques, en ayant le souci constant de leur commande (problématique complexe compte-tenu du comportement non linéaire de ces matériaux).
- Etude des Alliages à Mémoire de Forme Magnétiques
Techniques de pilotage et commande
commande robuste
Apprentissage
En matière de commande, une constatation peut être faite d’emblée : lorsque l’on travaille à l’échelle dimensionnelle du micromonde, on n’a plus directement accès aux informations, ni par la vue ni par le toucher. L’objectif est ensuite de pouvoir commander, par commande référencée capteur, les mouvements fins des microrobots (on touche à ces échelles les limites de l’indexage des composants et donc les limites de mouvements "en aveugle").
La complexité du comportement dynamique des objets, composants et robots, à l’échelle du micromonde, génère des spécificités sur la commande. Parmi ces nombreuses difficultés, on peut par exemple relever :
- le comportement dynamique en général non ou mal connu, souvent non linéaire, non stationnaire, à caractère pouvant être considéré comme stochastique ;
- la très haute précision requise (en général largement submicrométrique) ;
- la difficulté d’intégrer des capteurs ;
- le rapport signal à bruit parfois très faible ;
- la grande variabilité des dynamiques en jeu.
Ceci peut donc conduire à développer des approches de commande robuste, ainsi que des approches de commande sans modèle, fonctionnant par apprentissage.
- Contrôle par apprentissage par renforcement
Méthodologie de conception
Processus d'assemblage
La tendance à la miniaturisation des produits conjuguée avec une diversité des produits impliquant une réduction des volumes de production (plus de produits en moyenne quantité) a conduit à la recherche d’une solution de production alliant à la fois la très haute précision, la capacité à manipuler et assembler des composants de très petites tailles (de plus en plus souvent sous le millimètre et maintenant vers la centaine de micromètres) et la flexibilité du système de production.
La tendance de reproduire des usines de production de petites tailles est effective. Cependant, les concepts et réalisations n’ont pas traités à la fois les difficultés technologiques de la microrobotique et l’organisation du système de production, notamment sa structuration modulaire nécessaire à l’obtention de la flexibilité. Le concept de micro-usine est la réponse à ce besoin.
Fonction de micromanipulation
microgripper
TRING module
L’étude de la fonction de micromanipulation est un thème central nécessaire à la réalisation d’une tâche de micro-assemblage. La réalisation d’une fonction de micromanipulation nécessite :
- des stratégies de micromanipulation adaptées aux spécificités du comportement des micro-objets ;
- des moyens robotiques assurant des précisions de positionnement sub-microniques des préhenseurs ;
- des organes terminaux de taille micrométrique adaptés aux tailles des micro-objets manipulés ;
- des moyens de perception de la position et de l’effort appliqué à l’objet.
Utilisation de la micromanipulation dans les stations de micro-assemblage
Fonction de transport, d’alimentation et péri-robotique
Changeur d'outils
L’objectif général consistant à obtenir des cellules de micromanipulation et/ou de micro-assemblage automatisées, fiables et précises nous a conduits à nous intéresser à l’étude de fonction spécifiques : le transport, l’alimentation et le positionnement et des éléments de péri-robotiques.
Ces fonctions sont indispensables au fonctionnement de cellules de production qu’elles soient automatisées ou même partiellement automatisées.
Le contexte de la manipulation de micro-objets ne permet pas l’utilisation des systèmes traditionnellement utilisés pour ces fonctions. L’exemple de la fonction d’alimentation en micro-composants est assez symbolique : dès lors que les dimensions caractéristiques passent sous le millimètre, l’utilisation de bols vibrants devient inadéquate car l’effet du poids n’est pas suffisant pour assurer un déplacement de l’objet par vibrations dans de tels systèmes.
Ainsi, ces fonctions sont à ré-étudier à la lumière de notre connaissance de la dynamique du micromonde.
Fonction de perception
Mosaicing
mesure de force
Lorsque les dimensions des objets manipulés sont très petites, il devient difficile d’avoir une perception de de la scène qui soit suffisante pour permettre la commande. En effet, il est nécessaire d’associer différents points de vue sur les opérations pour obtenir les informations de position, d’orientation et d’efforts en jeu suffisamment précises.
La perception multisensorielle est donc une fonction fondamentale pour le développement de cellules de micro-assemblage automatisées. Les travaux menés ont portés essentiellement sur les points suivants.
Instrumentation pour le mini et le micro
capteur de microforces
L’équipe utilise les outils et méthodes développés pour une autre finalité que les applications microrobotiques et de micromanipulation. Certains travaux sont dédiés à des applications d’instrumentations minimécatroniques et micromécatroniques avec une focalisation particulière sur le domaine médical. Ce domaine s’avère particulièrement porteur de problématiques scientifiques et d’applications.
Plates-formes d’expérimentation
L'équipe développe des plate formes d'expérimentation permettant de réaliser des mesures de grandeurs physiques aux échelles du micromonde, des micromaniulations et du micro-assemblage de composants dont la taille est inférieure au mm3. Elles permettent de :
- tester rapidement les possibilités de manipulation et d’assemblage de cas amenés par des entreprises ou des laboratoires ;
- montrer notre capacité à réaliser des cellules miniatures de micromanipulation et micro-assemblage ;
- intégrer les réalisations des projets de recherche, notamment des thèses, dans une structure pré-établie.
Plates-formes d'expérimentation : Stations de micromanipulation et de micro-assemblage
Dernière modification : 2010-01-28
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