Franco Pinan BASUALDO : "Développement d'un outil robotique thermocapillaire pour la micromanipulation et le microassemblage à l'interface air-eau"

Résumé : La tendance actuelle à la miniaturisation de composants technologiques souligne le besoin de nouvelles techniques de manipulation et d’assemblage de petits objets (en-dessous de quelques millimètres). Bien que de nombreuses avancées aient été réalisées, il n'existe toujours pas de technique pouvant satisfaire les besoins de toutes les industries. Dans ce contexte, la proposition de ce projet consiste à développer des outils microrobotiques à la surface libre du fluide, une interface étendue et principalement plate entre deux fluides. En effet, à la surface libre, il est possible de tirer parti de phénomènes interfaciaux (e.g., effet Cheerios), qui deviennent dominants à petite échelle, pour des applications robotiques (e.g., auto-assemblage).
En particulier, nous proposons un nouvel outil de micromanipulation travaillant à l'interface air-eau, qui s'appuie sur les phénomènes interfaciaux. Le système consiste à chauffer localement l'interface avec un faisceau laser, déclenchant ainsi un écoulement thermocapillaire des zones chaudes vers les zones froides. Ensuite, en déplaçant le point laser sur la surface, il est possible d'agir sur des objets flottants, entraînés par l'écoulement. Afin de réaliser un contrôle précis, nous avons d'abord étudié (expérimentalement et numériquement) l’écoulement généré, mettant en évidence le fort effet de la contamination de la surface. Ensuite, nous avons développé différentes stratégies de contrôle en boucle fermée pour des objets de différentes tailles et formes. En effet, profitant du caractère local de l'écoulement, nous avons réalisé, par exemple, le contrôle simultané de plusieurs sphères (de 0.5 mm de diamètre), et le contrôle de position et orientation d'un robot à plusieurs pattes (d'environ 1 cm de taille). De plus, ce système a été utilisé pour guider de manière autonome l'auto-assemblage capillaire d'objets plats, ce qui ouvre la voie vers des applications de micro-fabrication à la surface libre. Enfin, nous avons montré comment l'outil proposé peut être combiné avec d'autres phénomènes. En particulier, nous avons utilisé cet outil pour étudier la formation de cristaux magnéto-capillaires 2D à l'interface air-eau.
En conclusion, l'objectif principal de ce projet est de mettre l'accent sur la richesse de la surface libre pour le développement d'applications microrobotiques, et nous espérons inspirer d'autres chercheurs à en explorer les possibilités.

Composition du jury :

Aude BOLOPION, Chargée de recherche, Université Bourgogne Franche-Comté, Directeur de thèse

Sinan HALIYO, Maître de conférences, Sorbonne Université, Rapporteur

Xavier BRUN, Professeur des universités, INSA Lyon, Rapporteur

Pierre LAMBERT, Professeur, Université Libre de Bruxelles, CoDirecteur de thèse

Michaël GAUTHIER, Directeur de recherche, Université Bourgogne Franche-Comté, CoDirecteur de thèse

Michel KINNAERT, Professeur, Université Libre de Bruxelles, Examinateur

Pierre COLINET, Professeur, Université Libre de Bruxelles, Examinateur

Nicolas VANDEWALLE, Professeur, Université de Liège, Examinateur

Localisation : Bruxelles