Chibundo NWAFOR : "Contribution à la miniaturisation des robots continus par l'utilisation du verre"

Résumé : Les robots continus suscitent un intérêt croissant dans les applications médicales, en raison de leur forme élancée et de leur souplesse, qui les rendent plus sûrs pour l'interaction homme-robot. En outre, ils sont capables de suivre une trajectoire complexe en 3D, grâce à leurs degrés de liberté infinis. L'objectif de cette thèse est de tirer parti de la flexibilité du verre à l'échelle microscopique pour réaliser de nouveaux robots de continuum plus miniatures par rapport à ceux de la littérature. La première contribution est une étude conceptuelle, portant sur la conception et la fabrication de différents prototypes de CTR et dérivant une approche de classification générale tout en proposant à la communauté des chercheurs une méthodologie concise pour l'évaluation des CTR à l'avenir. Deuxièmement, nous avons proposé une nouvelle génération de CTR submillimétrique miniaturisé en verre, dont le tube a un diamètre externe de 90μm et un rayon de courbure de 5 mm. En outre, nous avons présenté une approche nouvelle, facile et rapide, spécifique au patient et personnalisable, pour obtenir un tube pré-courbé en utilisant du verre, qui a été caractérisé, suivi par la validation du modèle de robot (cinématique avant, cinématique inverse et analyse de la stabilité). Diverses démonstrations de preuves de concept pour les différentes capacités d'application, par exemple le déploiement vitréo-rétinien dans un œil de poisson, le déploiement de contraintes par le biais d'aiguilles à trois stations (orifice de ∼1mm), le déploiement d'un CTR hélicoïdal pré-courbé et à fibre optique avec capacité de transmission laser, et enfin l'aspiration et l'administration de fluides. La troisième contribution a été l'étude et la démonstration d'une PCR miniaturisée 3-DoF utilisant une fibre optique en verre. Le robot a des dimensions de 2,5 × 2,5 × 6 mm et peut atteindre un angle de pointe et d'inclinaison de +90 à -80 degrés. Les performances du robot, telles que l'espace de travail, la manipulabilité et la rigidité, ont été évaluées en fonction des variations des différents paramètres géométriques du robot. Pour la validation du modèle, différents mouvements de trajectoire ont été présentés, tels que la circonférence du plan vertical et l'espace de travail, suivis par des formes circulaires et carrées dans le plan horizontal, ce qui montre les grandes perspectives du robot pour augmenter la dextérité dans un espace confiné. Enfin, dans les deux cas, l'analyse de la conception du robot était très importante pour étudier la stabilité du robot, pour la CTR en raison de la torsion, et pour la PCR, en raison de la longueur d'actionnement.

Composition du jury : 

Guillaume LAURENT, Associate Professor, Université Bourgogne Franche-Comté, Directeur de thèse

Kanty RABENOROSOA, Maître de conférences, Université Bourgogne Franche-Comté, CoDirecteur de thèse

Florent NAGEOTTE, Maître de conférences, Université de Strasbourg, Rapporteur

Pierre LAMBERT, Professeur, Université Libre de Bruxelles, Rapporteur

Christos BERGELES, Professor, King's College London, Examinateur

Christine PRELLE, Professeur, Université de Technologie de Compiègne, Examinateur

Localisation : SUPMICROTECH ENSMM 26, rue de l'Epitaphe 25000 BESANCON - salle Amphithéâtre Jules Haag