The institute
FEMTO's news

Nanorobotics of the future: FEMTO-ST enters the 4th dimension

For the first time, nanorobotic structures have been realized by folding in 3 dimensions a multilayer membrane and proposing their actuation by an electro-thermo mechanical principle.

Published in "Advanced Materials", this work is in line with the latest innovations of FEMTO-ST, and more particularly of the members of the CMNR - Centre de Micro et Nano Robotique - which has just been created and in which we find the µRobotex platform, initially labelled in the framework of the PIA I and which became TIRREX, in January 2021, in the framework of the PIA III.

 This article is based on the innovations tha led to the fabrication of a micro-house by origami in 3 dimensions from a silica membrane as welle as the  world record of the smallest volume character ever animated in stop motion.

In this new experiment, the challenge goes far beyond the origami folding of the micro-house, since the work allows to realize for the first time nanorobotic structures (in the article, a clamp is used as a demonstrator) of dimensions smaller than 100 µm by folding in 3 dimensions a multilayer membrane. The actuation of these 3D structures is performed by an electro-thermo-mechanical principle which leads to what is called, in this microtechnical context, "the 4th dimension", i.e. the actuation in addition to the fabrication of a 3D structure. The challenge successfully achieved is significant: not only is it difficult to bend the multilayer structure by focused ion bombardment, mostly composed of silica, at 90° but also to integrate the actuation of the fingers of a new microgripper by innovative bending at this scale.

One of the scientific contributions of the work published in this article lies in the detailed understanding of the physical phenomena occurring during bidirectional folding assisted by focused ion bombardment (FIB). This is the result of intense collaborations useful for the multiphysical modeling of phenomena specific to multidisciplinary work such as nanorobotics and has led to the proposed technology being reproducible, mastered and applicable to many other problems than robotics.

All the work has been done at FEMTO-ST, by researchers of the AS2M department, from design to functional tests, including modeling and of course manufacturing. The fabrication steps of the silica membranes and the aluminium electrode deposits according to predefined patterns have been realized in the FEMTO-ST MIMENTO plant from masks designed in-house. The ion beam machining leading to the 3D and 4D structures was performed on the µRobotex platform. All the steps of functional tests, visualization of finger deformations and measurements of amplitudes and aperture accuracies were also performed on the µRobotex platform.

This work responds to a growing need for systems that allow gripping on small scales, because in the race to miniaturize systems and components, it is essential to have high-performance, perfectly controllable, precise, reproducible and robust gripping means over time. This type of gripper has been created to allow the manipulation of isolated molecules (10 to 50 nm), viruses (20 to 200 nm), nanotubes (25 to 150 nm), bacteria (1 to 10 µm), globules (1 to 3 µm), micro and nano components of electrical and optical circuits The application example described in the paper is a gripper used to move a stretched optical fiber with a diameter of 6 to 8 µm.

To push the limits of this research result, it would now be interesting to integrate a means of measuring the forces applied to the manipulated objects. This information would allow to increase the dexterity of manipulation and to extend the range of grasped objects by having the possibility to grasp soft materials without damaging them. For specific applications, it would also be possible to functionalize the fingertips of the microgrips in order to selectively pick up certain objects in certain solutions.

https://doi.org/10.1002/adma.202103371

Acknowledgements :

This work was made possible thanks to the involvement of many staff members of the FEMTO-ST institute, its supervisory bodies (CNRS, UBFC, UFC, ENSMM), its technology centers (MIMENTO, Rénatech network and Robotex/Tirrex) and the financial support of the Burgundy Franche-Comté region as well as the French National Research Agency, in particular via the EUR Eiphi project "Nanofolding".

  • Concours "Ma thèse en 180 secondes"

    180 secondes pour faire partager votre passion. 180 secondes pour expliquer clairement les enjeux de votre thèse. 180 secondes pour convaincre le jury. 180 secondes pour résumer plusieurs années de travail. 180 secondes pour vous qualifier pour la finale nationale. Voilà le challenge du concours « Ma thèse en 180 secondes » (MT180 pour les intimes).

    Read more
  • Journée Micro-cogénération du 29 Janvier 2015 à Paris

    Le département ENERGIE de FEMTO-ST a organisé avec l’ATEE (Association Technique Energie Environnement) et le laboratoire SATIE CNAM la 9ème journée Micro-cogénération qui a rassemblée à Paris plus de 100 participants en provenance de France et d'Europe

    Read more
  • Moins le réseau moléculaire est compact et plus les molécules sont liées entre elles !

    Sur une surface inerte de silicium, une même molécule peut conduire à plusieurs formes cristallines. Pour certaines molécules, le cristal le plus stable, qui présente le plus grand nombre de liaisons chimiques entre molécules, est aussi celui qui correspond à une phase peu dense. Ce résultat contre-intuitif a été obtenu par des chercheurs de l’IEMN et de l’Institut FEMTO-ST en combinant observations au microscope à effet-tunnel et simulations numériques. Publié dans Physical Review Letters, il démontre l’influence de la surface sur le contrôle du degré de compacité et de coordination des réseaux moléculaires.

    Read more
  • Premier prototype européen de robot endoscopique pour la micro-chirurgie laser des cordes vocales

    Dans le cadre d’un projet européen collaboratif, l’institut FEMTO-ST et le CHRU de Besançon, avec leurs partenaires, relèvent un nouveau défi microtechnique, au service de la santé, à travers des essais précliniques du premier robot endoscopique pour la micro-chirurgie laser des cordes vocales.

    Read more
  • Moins le réseau moléculaire est compact et plus les molécules sont liées entre elles !

    Des chercheurs de l’IEMN et de l’institut FEMTO-ST ont étudié l’influence de la surface sur la compacité et la coordination de réseaux moléculaires. Bien que contre-intuitifs, ces résultats, publiés dans la revue Physical Review Letters, démontrent que le réseau le plus dense n’est pas celui dans lequel les molécules sont le plus liées entre elles.

    Read more
  • La microrobotique, science fiction pour Disney, réalité pour FEMTO-ST

    A l'occasion de la sortie du film "Les nouveaux héros", la nouvelle production issue des studios d'animation de Disney, l'institut FEMTO-ST sort son nouveau microrobot samedi 14 février 2015 à 15h30 au cinéma Mégarama à Besançon

    Read more
  • Percipio Robotics, prix de l'innovation au concours national de robotique

    Start-up issue de l'institut FEMTO-ST, l’entreprise Percipio Robotics, qui commercialise des robots de micromanipulation, est le lauréat national du prix de l’innovation de la robotique collaborative décerné par le ministère de l’Economie, de l’Industrie et du Numérique.

    Read more
  • Lancement officiel de l’année internationale de la lumière à l’UNESCO

    Lundi 19 et mardi 20° janvier a lieu, au siège de l’UNESCO à Paris, le lancement officiel de « l’année internationale de la lumière 2015 ». Cette initiative, portée par John Dudley de l’institut FEMTO-ST, vise à sensibiliser les citoyens du monde entier sur l'importance, dans leur vie quotidienne, de la lumière et des technologies qui y sont associées par l’organisation de multiples évènements scientifiques, culturels et artistiques tout au long de l’année

    Read more
  • Comment mesurer et comprendre le mécanisme de déplacement des cellules du système immunitaire

    Fruit d’une collaboration interdisciplinaire portée par l’Institut de Pharmacologie et de Biologie Structurale (IPBS-CNRS/Toulouse), le LAAS et impliquant l’institut FEMTO-ST, le résultat de ces travaux de mesure développés à l’échelle nanométrique a été publié dans la prestigieuse revue « Nature communications ».

    Read more
  • Création de la Start-up AFULub

    La start-up AFULub fait son entrée dans l'incubateur.

    Read more