Hector Francisco ORTIZ VILLASUSO : "Microrobots compacts à articulations fluidiques actionnés par champ électrique : modélisation, contrôle et développement d’un microrobot parallèle à 3 degrés de liberté

Résumé : Réaliser des robots à l’échelle microscopique demeure un défi en raison des limitations des systèmes d’actionnement et des contraintes physiques spécifiques à ces échelles. Les méthodes conventionnelles, efficaces à l’échelle macroscopique, échouent souvent lorsque l’échelle diminue. Cette thèse propose une architecture de microrobots originale, utilisant les forces de tension de surface. Les articulations sont assurées par des liaisons fluidiques (gouttes reliant les parties solides) servant d’actionneurs et de liaisons mécaniques.
L’actionnement est assuré par des champs électriques. Un simulateur combinant un modèle kinétostatique et le logiciel Surface Evolver a été développé pour analyser la cinématique de ces microrobots à articulations fluidiques. Il a permis l’analyse de l’espace de travail et la résolution des cinématiques inverses pour un microrobot à trois degrés de liberté, améliorant les capacités de simulation pour la conception et le contrôle. Le contrôle en boucle ouverte d’une unique goutte de 3 μL a permis des déplacements jusqu’à 140 μm avec des erreurs inférieures à 10%, tandis qu’en boucle fermée, une goutte de 50 nL a permis des déplacements de 50 μm avec une précision submicrométrique, validant la faisabilité de l’approche. Le développement expérimental d’un microrobot à articulations fluidiques a montré qu’il était possible de réaliser un contrôle de position 3D en
boucle ouverte. Le microrobot de 2.6×2.8×1.0 mm a réalisé des déplacements de 50 μm avec des articulations fluidiques de 0.1 μL. Les erreurs sont inférieures à 10 μm. Ainsi, pour la première fois, un contrôle en boucle ouverte de suivie d’une trajectoire prédéfinie. Une approche de commande sans modèle en boucle fermée a également été étudiée en simulation. Ainsi, ces travaux montrent un grand potentiel pour des applications peu invasives, ouvrant la voie à des microrobots toujours plus compacts et versatiles.

Composition du jury :

Mme Aude BOLOPION Directrice de recherche Université Marie et Louis Pasteur Directrice de thèse

1. Antoine BARBOT Chargé de recherche Université Marie et Louis Pasteur Co-directeur de thèse

Quan ZHOU Professeur Aalto University Rapporteur

Pierre RENAUD Professor INSA Strasbourg Rapporteur

Michaël GAUTHIER Directeur de recherche Université Marie et Louis Pasteur Examinateur

Pierre LAMBERT Professeur Université libre de Bruxelles (ULB) Examinateur

Localisation: SupMicrotech ENSMM 26, rue de l'Epitaphe 25000 BESANCON Salle : Amphithéâtre Jules Haag