8.2 Perspectives
8.2.4 Origamis micromécatroniques
Contexte et enjeux
L’origami consiste à plier une feuille de papier plane pour réaliser une structure 3D complexe. Ce principe est exploité pour plusieurs échelles dimensionnelles mais s’avère particulièrement adapté au contexte de la microfabrication et de la microrobotique pour différentes raisons : – les technologies de microfabrication sont particulièrement adaptées à la réalisation de
struc-tures planaires. La réalisation de strucstruc-tures 3D constitue, à l’inverse, un verrou extrêmement fort ;
– les technologies de microfabrication permettent la réalisation de structures, dont les arti-culations sont des liaisons compliantes. Les structures résultantes sont sans jeu et donc capables de bonnes précisions de positionnement ce qui est particulièrement recherché en microrobotique ;
– les déformations très importantes sont possibles à l’échelle micrométrique (facteur d’échelle favorable) ;
– le manque de technologies permettant la réalisation de structures microrobotiques non-compliantes.
La littérature fait état de nombreux travaux conduisant à la réalisation de dif-férentes formes géométriques complexes par origami microfabriqués [Ge et al., 2014, Peraza-Hernandez et al., 2014]. Celles-ci sont constituées de deux ou plusieurs couches fines dont une est pré-contrainte. Différents amincissements localisés constitueront des liaisons dé-formables lors de l’usinage final qui consiste à relâcher la structure.
Quelques structures ont été réalisées pour créer des fonctions particulières et innovantes comme des cages pour piéger les photons permettant la réalisation de micro-résonateurs [Danescu et al., 2015].
Problématiques scientifiques
Malgré le très grand potentiel des origamis microfabriqués, les travaux effectués conduisent pour l’instant à des structures passives. Des efforts sont actuellement faits pour essayer de modifier leur forme en faisant, par exemple, varier certains paramètres d’environnement (on parle alors
d’origamis 4D). Le contrôle des déformations constitue actuellement un verrou fort compte-tenu des très grandes déformations induites et de la complexité des structures. Un second verrou réside dans la maitrise des déformations engendrées lors de la libération de la structure. Toute erreur de conception, d’incertitude de fabrication ou de difficultés de prévoir le comportement de la structure induit une étape de reconception suivie d’une nouvelle modélisation, puis d’une nouvelle fabrication. Les procédés de salle blanche étant complexes, le nombre d’itérations réalisable est particulièrement limité (la durée typique d’un cycle conception-réalisation est d’un an).
Face à ce très grand potentiel et compte-tenu de ces deux verrous majeurs, nous proposons d’étudier cette thématique, qui constitue une solution originale pour réaliser des systèmes mi-crorobotiques mentionnés en section 8.2.1. L’approche, que nous proposons, possède plusieurs objectifs :
– réaliser des structures origamis microfabriquées et actionnées, qui conduiraient à des origamis micromécatroniques, une première preuve de concept a été effectuée [Onal et al., 2015]. Pour cela, deux possibilités originales peuvent être étudiées : (1) exploiter les travaux relatifs aux matériaux piézoélectriques multi-couches à film épais que nous avons étudié afin de réaliser des structures monolithiques (2) intégrer un actionneur par micro-assemblage pour réaliser une structure hétérogène ;
– réaliser une bibliothèque d’origamis élémentaires que nous pourrions assembler pour réaliser des structures très diverses et complexes. Cette modularité nous a semblé particulièrement intéressante et réaliste dans le cadre des travaux relatifs aux micro-bancs-optiques.
Outre les aspects technologiques, l’approche proposée réside sur une modélisation particu-lièrement fine du comportement de chaque brique de base, puis de la structure assemblée. Des modèles complexes ont été proposés dans la littérature pour étudier la déformation des structures (spécifiques à chaque forme géométrique) en mode quasi-statique. Ces travaux né-cessitent une modélisation dynamique puisque l’objectif est justement de créer des mobilités et de bénéficier des bandes passantes potentiellement élevées à l’échelle micrométrique. Ces différents travaux conduiraient à une nouvelle génération d’origamis 5D et permettrait, par ailleurs, le prototypage rapide de systèmes micromécatroniques 3D actionnés de dimensions submillimétriques.
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Annexe A - Curriculum vitæ
Cédric CLEVY
Né le 16 Septembre 1977
Marié, 2 enfants, Nationalité Française Institut FEMTO-ST
24 rue Alain Savary, 25000 Besançon 06 69 56 72 35
cclevy@femto-st.fr
http://members.femto-st.fr/cedric-clevy
Fonctions et responsabilités actuelles
Depuis 2006 Maître de Conférences en61èmesection à L’Université de Franche-Comté (UFC)
Enseignant, membre du service d’enseignement intitulé GAP (Groupe Automatique et Productique).
Chercheur, membre de l’Institut FEMTO-ST, UMR CNRS 6174 - Département AS2M (Automatique et Systèmes Micro-Mécatroniques) - équipe CODE (COntrol DEsign). Depuis 2013 Responsable du master SAPIAA* (spécialité de la mention Sciences des Aliments).
*Sys-tèmes Automatisés de Production dans les Industries Agro-Alimentaires.
Depuis 2014 Co-président de la commission Compétences et Innovation du Pôle de compétitivité
Vitagora. Nommé par l’Université de Franche-Comté pour la représenter.
Parcours antérieur
2011 CRCT (Congé pour Recherche ou Conversions Thématiques) de 6 mois.
2005-2006 ATER (Attaché Temporaire d’Enseignement et de Recherche) à l’Université de Franche-Comté au Département d’Automatique. Recherche effectuée au Laboratoire d’Automa-tique de Besançon.
2002-05 Préparation de thèse de doctorat au Laboratoire d’Automatique de Besançon (UMR CNRS 6596), Moniteur à l’université de Franche-Comté.
Thèse en automatique, dirigée par Nicolas Chaillet, soutenue le 11 Décembre 2005 et inti-tulée Contribution à la micromanipulation robotisée : un système de changement d’outils
automatique pour le micro-assemblage
2002 DEA Informatique, Automatique, Productique de l’Université de Franche-Comté. DEA Magistère Sciences Mécaniques et Technologiques pour l’Ingénieur de l’Université Pierre et Marie Curie, Paris VI (2002).
1998-2001 Scolarité à l’École Normale Supérieure de Cachan :
2001 : Réussite au concours de l’agrégation externe en génie mécanique.
2000 : Maîtrise de Technologie Mécanique de l’Université Pierre et Marie Curie VI. 1999 : Licence de Technologie Mécanique de l’Université Pierre et Marie Curie VI.