Prototypage d'un objet volant mimant l'insecte

par Alexandre Bontemps

Thèse de doctorat en Électronique. Micro et nano technologie

Sous la direction de Sébastien Grondel et de Eric Cattan.

Soutenue le 09-12-2013

à Valenciennes , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Lille) , en partenariat avec Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie (1992-....) (laboratoire) et de Communauté d'universités et d'établissements Lille Nord de France (Pôle de recherche et d'enseignement supérieur (PRES)) .

Le président du jury était Luc Chassagne.

Le jury était composé de Sébastien Grondel, Eric Cattan, Corinne Déjous, Philippe Lutz, Leticia Gimeno Monge, Joël Lallier, Rose-Marie Sauvage.

Les rapporteurs étaient Corinne Déjous, Philippe Lutz.


  • Résumé

    Ce travail de thèse s'inscrit dans le contexte des drones vise à réaliser à terme un Nano-dispositif volant (Nano Aerial Vehicle) capable d'imiter le vol des insectes. Ce mode de locomotion est privilégié car il présente des caractéristiques très adaptées au vol en milieu confiné. La solution proposée consiste à développer un drone de la taille d'un insecte s'appuyant sur des ailes vibrantes pour se mouvoir et à utiliser les technologies MEMS pour répondre aux problématiques de fabrication et de réduction d'échelle. La réussite d'un tel projet soulève néanmoins de nombreux défis scientifiques et technologiques, en particulier, les aspects aéro-élastiques des ailes et l'autonomie du drone. Pour répondre à ces défis, nous proposons dans un premier temps de mettre en œuvre des concepts comme la résonance et la torsion passive sur des prototypes en polymère (SU-8) réalisés par photolithographie. Dans un second temps, les différents composants de la chaîne de puissance sont optimisés, notamment l'actionneur électromagnétique, la liaison et les ailes de manière à maximiser la force de portance générée. Suite à ces améliorations, nous démontrons de façon expérimentale que le prototype était capable non seulement de reproduire une cinématique complexe mais également de compenser 75% de son poids.

  • Titre traduit

    Prototyping of a Nano air vehicle mimicking flying insect


  • Résumé

    This manuscript reports a work which aims to develop a tiny flying robots inspired by natural flyers. Our main objective is to devise a flying robot mimicking insects in terms of kinematics and scale using MEMS technologies in order to answer the scale challenges: the large-scale manufacturing and the system's small scale. The success this project faces different challenges such as aeroelastic aspects of wings and drone autonomy.In this work we propose the use of original concepts like resonance and passive torsion of the wings which are implemented on all-polymer prototypes obtained using a micromachining SU-8 photoresist process. In order to achieve a better efficiency of the prototype, each element of the energy transduction has been carefully examined and optimized. Especially, the actuation, the transmission and the wings in order to increase the lift. These improvements demonstrate experimentally that the prototype is able to produce a complex kinematic and compensate 75 % of its weight.


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