Conception et commande d'un dispositif magnétique de micromanipulation par poussée, application à la manipulation de micro-objets biologiques

par Michaël Gauthier

Thèse de doctorat en Automatique et Informatique

Sous la direction de Nicolas Chaillet.

Soutenue en 2002

à Besançon , en partenariat avec Université de Franche-comté. UFR des sciences et techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    Le développement de la biologie cellulaire nécessite la mise en place de moyens de micromani- pulation de cellules en laboratoire. Les cellules biologiques étant de taille microscopique, l'étude de leur manipulation relève de la microrobotique et plus particulièrement de la micromanipula- tion. Les travaux de thèse présentés ici ont abouti à la mise au point d'un dispositif permettant de pousser des cellules contenues dans un milieu aqueux sur une lamelle de verre. Le pousseur de cellules est un élément ferromagnétique microscopique qui suit le déplacement d'un aimant permanent situé sous la lamelle de verre. Les pousseurs utilisés sont construits à base de nickel éleètroformé et possèdent des tailles allant de 10 x 10 x 5 um3 à 400 x 400 x 20 um3. Cette thèse présente un modèle complet de la transmission de mouvement de l'aimant vers le pousseur. La poussée d'un objet peut s'effectuer de deux façons différentes: soit en faisant tourner le pousseur autour de son point de contact (rotation), soit en déplaçant le pousseur en translation. La rotation permet de déplacer un objet avec une précision inférieure à 1 um sur une course réduite, alors que la translation permet de déplacer un objet avec une précision de l'ordre de 5 à 20 microns sur une course infinie. Nous proposons dans cette thèse une commande micro-macro spécifique permettant de déplacer un objet avec une bonne précision sur une course infinie. Nous avons également construit un estimateur de l'effort appliqué par le pousseur sur l'objet manipulé. Cet estimateur est basé sur la mesure de la position relative du pousseur par rapport à l'aimant. Un grand nombre d'expérimentations ont été mises en place grâce à notre dispositif, dont la manipulation de billes de polystyrène de 50 microns de diamètre et la manipulation d'ovules de 150 microns de diamètre.

  • Titre traduit

    Design and control of a magnetic wireless micromanipulation system (WIMS), application to the manipulation of biological micro-objects


  • Résumé

    The development of the biological research requires new tools of cells micromanipulation in laboratory. The size of the biological cells are around ten to hundred micrometers, so their manipulation is a part of the microrobotics problematic and more particularly of the micromanipulation. We present in this thesis a Wireless Micromanipulation System (WIMS), which allows to push cells contained in water between two glass slides. The cell pusher is a ferromagnetic object, with follows the movement of a permanent magnet located under the lower glass slide. The pusher built in electroplated nickel have dimensions from 10 x 10 x 5 um3 to 400 x 400 x 20 um3. This thesis presents a complete model of the movement transmission from the magnet to the pusher. Two kinds of action can be made to push an abject with the pusher : turning the pusher around the contact point (rotation), or moving the pusher in translation. Rotation allows to place an object with a precision lower than 1 um, but acts on a small range. Translation allows to move an abject with a lower precision on a large range. We propose in this thesis, a specific coarse-fine control strategy to push an object with a good precision on a large range. We also built a pushing force software sensor based on the measure of the relative position between the magnet and the pusher. Many experimentations was made with our micromanipulation device. For example, PS balls 50 microns diameter, and oocytes 150 microns diameter were pushed.

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Informations

  • Détails : xii-187 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 179-187

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Bibliothèque universitaire Sciences Sport Claude Oytana (Besançon).
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : SCI.BESA.2002.68
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