Research project on Sensing the continuum robot’s interaction to the environment (SAM3/ESR8 - continuum)

This project takes place within the Marie Curie Doctoral Network on Soft Active Matter Microrobots for Medicine (SAM3). This doctoral network of 12 PhD candidates aims at exploring the ear-nose-throat area from a microrobotics perspective. 

Thanks to active matter and small scale microrobotics engineering, three specific goals are targeted: (1) access the middle ear through the Eustachian tube; (2) access the olfactory clefts for mucosal biopsy; (3) access the skull cavity through the nose and the cribble plate for cerebrospinal fluid biopsy. 

This specific PhD proposal on Sensing the continuum robot’s interaction to the environment is part of the first endoscopic area namely the middle ear. The goal of the PhD is to develop distributed sensing and proprioception along the microrobot’s backbone and tip force sensing to address the requirements for the upper part of nasal cavity biopsy and middle ear intervention. The technology will provide control of the interaction of the soft robot to the environment (fragile anatomy).

Job description and profile for SAM3/ESR8
We will appoint 1 PhD student on this project, related to 11 other positions open in the SAM3 EU network.
He/she will be registered within the Doctoral School of Robotics, Doctoral school SPIM, UMLP.
The candidate should have a master degree or diploma in mechanical, mechatronics or robotics engineering, less than 5 years of career at the recruitment date and not having a doctoral degree.

We are seeking talented and enthusiastic students to perform a PhD, with solid background in modelling of multi-physical systems, system design, robotics, soft materials, and manufacturing (micromachining); familiar with Matlab, Python or C++, CAD software and Finite Element Methods
Regarding skills, we look at ability for research management, dissemination, communication with colleagues and supervisors, strong teamwork spirit, creativity, problem solving and attention to safety.
The candidate should have good command of spoken and written English, and French skills are of course an asset.

For more information regarding the PhD studies at the UMLP,
please check the website https://spim.ubfc.fr/en/

How to apply
Applications should be sent to the mailbox SAM3 [at] umons.ac.be (SAM3[at]umons[dot]ac[dot]be) dedicated only to recruitment. They should include: a) a digital copy with all academic certificates and the respective official transcription in English; b) a detailed CV and a motivation letter in English; c) 2 letters of recommendation.

Duration: 3 years full time. 
Starting date: Autumn 2026 
Deadline for the submission of applications: 31/8/26 though the position will remain open until it is filled

Research project on Development of microrobotic catheter equipped with grasping at the tip (SAM3/ESR9 - catheter)

 This project takes place within the Marie Curie Doctoral Network on Soft Active Matter Microrobots for Medicine (SAM3). 

This doctoral network of 12 PhD candidates aims at exploring the ear-nose-throat area from a microrobotics perspective. Thanks to active matter and small scale microrobotics engineering, three specific goals are targeted: (1) access the middle ear through the Eustachian tube; (2) access the olfactory clefts for mucosal biopsy; (3) access the skull cavity through the nose and the cribble plate for cerebrospinal fluid biopsy. 

This specific PhD proposal on Development of microrobotic catheter equipped with grasping at the tip is part of the second endoscopic area namely the olfactory clefts. The goal of the PhD is to develop grasping functions at the tip of soft robots with the inner tube as optical fiber. The gripper has to be integrated on the tip of the optical fiber for biopsy or particle releasing.

Job description and profile for SAM3/ESR9
We will appoint 1 PhD student on this project, related to 11 other positions open in the SAM3 EU network.
He/she will be registered within the Doctoral School of Robotics, Doctoral school SPIM, UMLP.
The candidate should have a master degree or diploma in mechanical, mechatronics or robotics engineering, less than 5 years of career at the recruitment date and not having a doctoral degree.
We are seeking talented and enthusiastic students to perform a PhD, with solid background in modelling of multi-physical systems, system design, robotics, soft materials, and manufacturing (micromachining); familiar with Matlab, Python or C++, CAD software and Finite Element Methods
Regarding skills, we look at ability for research management, dissemination, communication with colleagues and supervisors, strong teamwork spirit, creativity, problem solving and attention to safety.
The candidate should have good command of spoken and written English, and French skills are of course an asset.
For more information regarding the PhD studies at the UMLP please check the website https://spim.ubfc.fr/en/

How to apply
Applications should be sent to the mailbox SAM3 [at] umons.ac.be (SAM3[at]umons[dot]ac[dot]be) dedicated only to recruitment. They should include: a) a digital copy with all academic certificates and the respective official transcription in English; b) a detailed CV and a motivation letter in English; c) 2 letters of recommendation.
Duration: 3 years full time. Starting date: Autumn 2026 Deadline for the submission of applications: 31/8/26 though the position will remain open until it is filled

Environnement de la Thèse : 

La thèse se déroulera dans un environnement particulièrement stimulant, à l’interface entre recherche académique de haut niveau et innovation industrielle. Le ou la doctorant(e) évoluera au sein de l’équipe Recherche et Innovation d’EXAIL Photonique à Besançon, en lien étroit avec l’équipe optique non linéaire de l’institut FEMTO- ST (CNRS/Université Marie et Louis Pasteur/supmicrotech/UTBM). Ce cadre offrira une immersion dans des thématiques scientifiques de pointe, avec un accès à des compétences complémentaires en conception, fabrication, expérimentation et développement de systèmes photoniques avancés appliqués au monitoring environnemental. 

Compétences : 

Cette thèse propose de contribuer au développement de nouvelles générations de composants et de systèmes photoniques à fort impact applicatif, en combinant la photonique intégrée sur niobate de lithium (LN) et les effets non linéaires dans les fibres optiques. Le travail visera notamment à explorer des architectures innovantes pour les capteurs distribués à fibres optiques de type Brillouin, capables de mesurer à distance des variations de température et de contraintes sur de grandes distances. Les capteurs distribués à fibres optiques nécessitent une mise en forme stricte de la lumière laser. En effet, le contrôle des impulsions optiques ouvre des voies d’amélioration des performances de portée et de résolution. À l’interface entre recherche amont, expérimentation et applications réelles, ce projet offre l’opportunité de participer à des avancées technologiques au service du monitoring environnemental. 

Qualités requises : 

Ce poste s’adresse à un profil curieux, autonome et rigoureux, attiré à la fois par les activités pratiques de laboratoire fabrication de composants, caractérisations fonctionnelles, tests et mesures systèmes et par l’analyse plus théorique des phénomènes physiques mis en jeu. Une bonne capacité d’organisation, un goût pour le travail interdisciplinaire et une aisance en communication orale comme écrite seront essentiels pour s’épanouir dans ce projet mené à l’interface entre recherche académique et innovation industrielle.

En France, 11% des salariés utilisent des machines vibrantes tenues ou portées à la main qui menacent pernicieusement leur santé vasculaire. Parce que la réglementation actuelle sous-estime ce danger, l'INRS lance une contre-offensive scientifique avec le projet BIOPULSE. 

L'enjeu de cette thèse : simuler numériquement l'impact de ces vibrations sur le flux sanguin et sur les contraintes mécaniques dans les parois de nos artères digitales. Une plongée biomécanique inédite au cœur des vaisseaux sanguins pour comprendre l'origine des lésions vasculaires afin de réduire le risque sur la santé des travailleurs.

Objectifs : L'objectif principal de la thèse est de développer un cadre de modélisation d'interaction fluide-structure minutieux, exigeant, et original pour simuler les comportements mécaniques structurel et fluide d'une artère digitale propre soumise simultanément à un écoulement pulsé et à une sollicitation vibratoire représentative de l'exposition professionnelle. Ces modèles seront, ensuite, ajustés et validés expérimentalement en comparant les résultats des simulations à des mesures effectuées sur des fantômes d'artères en élastomère. À l'issue de ces validations, un plan d'expérience numérique sera réalisé sur les paramètres des modèles pour comprendre comment les caractéristiques de la vibration, couplées à celles du comportement mécanique de l'artère et au régime pulsé du sang, modifient le WSS et les contraintes circonférentielles dans la couche media de l'artère. 

Profil recherché : Le(a) candidat(e) sera titulaire d'un diplôme d'ingénieur ou d'un Master 2 recherche en mécanique, biomécanique, modélisation numérique ou discipline apparentée. 

Compétences techniques : en mécanique des milieux continus, dynamique des structures, et mécanique des fluides. Une bonne maîtrise en programmation scientifique (Matlab, Python) est demandée, ainsi que la connaissance de la méthode des éléments finis et une expérience d'utilisation d'au moins un solveur. 

Cette thèse vise à développer de nouveaux outils théoriques et computationnels pour modéliser les interactions lumière-matière dans les systèmes nanophotoniques, tout en tenant pleinement compte de la dissipation, qui est inévitable dans les dispositifs réels mais reste difficile à décrire dans les approches quantiques classiques. Ce projet s'appuiera sur un formalisme non hermitien fondé sur la théorie des modes quasi-normaux afin d'étudier les interactions résonantes entre des résonateurs photoniques ou plasmoniques et des émetteurs quantiques. 

L'objectif est de fournir un cadre plus réaliste et physiquement transparent pour la conception des futures technologies nanophotoniques et quantiques, notamment les sources de photons uniques, les capteurs quantiques et les systèmes lumière-matière fortement couplés. 

Le descriptif détaillé du sujet est joint, les informations et conditions pour postuler y sont précisées.

Dans un contexte de transition écologique et de réduction de l’empreinte carbone des matériaux, l’intégration de constituants biosourcés dans les composites constitue un levier stratégique majeur. Parmi ces solutions, l’utilisation de fibres végétales (telles que le lin ou le chanvre) en substitution des renforts synthétiques dans les composites suscite un intérêt croissant. En effet, ces fibres végétales présentent des propriétés en traction compétitives, pouvant atteindre des niveaux de rigidité spécifique comparables à ceux des fibres de verre. Néanmoins, ces fibres naturelles présentent également des défauts (kink bands, ...) ainsi qu’une variabilité naturelle de structure et de morphologie qui peuvent impacter ses propriétés à rupture et la tenue des pièces en service. Une bonne compréhension des mécanismes d'endommagement des fibres végétales est donc nécessaire afin de les utiliser dans des applications à haute valeur ajoutée. Quelques études dans la littérature s'intéressent à l'endommagement à l'échelle de la fibre végétale, en mettant en oeuvre des essais mécaniques in situ sous tomographie à rayons X [1,2]. Cependant, un certain nombre de questions restent encore ouvertes à ce jour : où s'initie l’endommagement dans la fibre ? Quelles sont les longueurs caractéristiques en jeu lors de la rupture ? Comment la matrice du composite interagit avec la fibre ? Pour y répondre, un certain nombre de verrous doivent être levés sur (i) la maîtrise d’essais à rupture jusqu’à l’échelle de la fibre élémentaire, (ii) la caractérisation de l’endommagement à ces petites échelles et (iii) l’identification des paramètres et longueurs pertinentes à introduire dans les modèles d’endommagement à l’échelle de la fibre.

Profil demandé
Étudiant·e en école d’ingénieurs ou en Master 2 dans le domaine de la mécanique ou des matériaux, possédant un goût prononcé pour l’expérimentation, l’analyse d’images et/ou la modélisation numérique. Les profils mixtes expérimental/numérique seront particulièrement appréciés. Une spécialisation dans les composites biosourcés, l’endommagement des matériaux ou la corrélation d’image numérique sera un élément favorisant. Une connaissance en tomographie à rayons X serait également recherchée mais n’est pas une contrainte forte.

Descriptif de la thèse : 

La thèse portera sur la génération de cavéoles, nano-objets biologiques calibrés et produits à façon pour le développement de micro dispositifs de détection et quantifications d’objets eucaryotes et procaryotes. Les cavéoles sont des nano-objets pouvant être utilisés en recherche fondamentale comme appliquée, notamment pour la caractérisation des protéines membranaires, cibles de plus de 70% des médicaments chimiques actuels et pour la production de biomédicaments. Ces nano-objets sont obtenus par expression de la protéine cavéoline dans la bactérie Lactococcus lactis. Ils présentent des tailles comprises entre 30 et 50 nm, équivalentes à celles des exosomes ou petits vésicules extracellulaires (EVs) eucaryotes et BEVs (EVs bactériennes). Il est nécessaire de mieux connaître et d'optimiser la production de ces cavéoles, mais aussi de simplifier l'isolement de celles ci, en évitant le gradient de sucrose qui permet, actuellement, d’isoler ces éléments des autres vésicules membranaires.

Profil demandé :

Le/la doctorant(e) devra posséder un Master 2 ou diplôme d’ingénieur en Biologie et Santé, Biochimie, Biotechnologie avec un intérêt pour les caractérisations de nano-éléments par des techniques biophysiques, optiques et en flux.

L'objectif de cette thèse en automatique est d'utiliser le cadre de systèmes hamiltoniens à ports pour développer un modèle et un contrôle robuste pour des systèmes actionnés par diélectrophorèse, en vue d'applications liées à la manipulation et à la caractérisation de cellules biologiques.
Ces travaux seront menés au sein de l'équipe MOCOPHYS du département AS2M de l'institut FEMTO-ST.

Le descriptif détaillé du sujet est joint, les informations et conditions pour postuler y sont précisées.

L'objectif de cette thèse est de développer des protocoles généralisés pour calibrer des micromanipulateurs robotiques, basés sur l'utilisation de capteurs de microforce conjointement avec des encodeurs articulaires. Les stratégies proposées devront intégrer des capteurs de microforce comme technologie de mesure extéroceptive, laquelle consiste à mesurer des forces qui sont externes au robot (palpation). La mesure de force peut soit être effectuée en utilisant des capteurs de microforce embarqués, soit en distribuant plusieurs capteurs autour de l'espace de travail du robot. Il serait également possible d'utiliser des mesures proprioceptives indirectes (mesures articulaires du robot) synthétisées à l'aide d'observateurs. Toutes ces mesures devront être fusionnées de manière cohérente pour corriger le modèle robotique statique du micromanipulateur et pour développer des stratégies de contrôle dynamique afin d'atteindre des positions de contact précises pour la procédure de calibration et obtenir un niveau de précision submicrométrique. Les capteurs de microforce utilisés à cette fin peuvent être basés sur l'une des nombreuses technologies de mesure différentes utilisées pour la micromanipulation, telles que les capteurs piézoélectriques, la détection de force piézorésistive ou la mesure capacitive, entre autres.

Le but final du développement de telles procédures est, d'une part, d'améliorer significativement la précision pour le contrôle du positionnement et de la rotation de ces systèmes, et d'autre part, d'améliorer l'exactitude des mesures de microforce utilisant des micromanipulateurs indépendamment de la direction de la force ou de la configuration du robot. L'accomplissement de ce dernier point est d'une importance particulière, afin que la procédure puisse être utilisée dans diverses applications telles que la caractérisation des propriétés mécaniques de microstructures sous différentes conditions de charge comme la compression, la tension et les forces de cisaillement.

Cette thèse de doctorat vise à développer une nouvelle génération de microrobots souples pour répondre aux défis majeurs de la santé et de la fabrication avancée. Elle exploite des technologies de pointe telles que l'impression 4D et la stéréolithographie à deux photons pour créer des microrobots 3D intelligents et réactifs. Ces microrobots activés par la lumière, intégrés à l'extrémité de fibres optiques, permettront un actionnement précis à plusieurs degrés de liberté dans des espaces extrêmement confinés.

Le doctorant recruté participera activement au nouveau réseau national de recherche en robotique miniature (PEPR Miniro « robotique miniature », 2025-2032) et bénéficiera d'un accès complet aux équipements et installations fournis notamment par le CMNR (Centre de Micro et Nano Robotique – infrastructure nationale pour la recherche en robotique de pointe) et la centrale technologique Mimento (réseau national des grandes centrales technologiques pour la Recherche Technologique de Base).