Contribution to optical wireless multi-stable micro-actuation

par Xingxing Liu

Thèse de doctorat en Advanced Mechanics

Sous la direction de Frédéric Lamarque et de Emmanuel Doré.

Soutenue le 07-10-2015

à Compiègne , dans le cadre de École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne) , en partenariat avec Unité de recherche en mécanique acoustique et matériaux / Laboratoire Roberval (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Contribution au micro-actionnement multi-stable piloté par radiations optiques


  • Résumé

    Cette thèse traite le sujet du micro-actionnement multistable employant des radiations optiques pour atteindre les différentes positions offertes par le micro-actionneur. Dans le cadre des travaux réalisés, un mécanisme bistable reposant sur un principe de doubles poutres préformées situées en position antagoniste est proposé, et, sur cette brique élémentaire, un micro-actionneur quadristable a été conçu. Afin de valider le principe de fonctionnement de micro-actionneur, des procédés de fabrication Laser (sur le matériau « médium - MDF») puis DRIE (sur un wafer SOI de silicium) ont été utilisés. Sur le prototype en silicium, permettant une réduction des courses du rang interne et du rang externe du micro-actionneur, celles-ci ont été fixées à 300 µm et 200 µm respectivement. L’actionnement à distance de ce micro-actionneur a été prouvé en utilisant le chauffage laser d’un élément actif en Nitinol structuré par un dépôt de SiO2, ceci générant un effet « deux sens » de l’élément actif permettant d’annuler la charge sur les poutres du micro-actionneur une fois celui-ci déclenché puis en position stable. L’utilisation d’un banc expérimental incluant une membrane MEMS de balayage laser a permis de démontrer la quadristabilité du micro-actionneur sur 90 000 cycles. Afin de réduire davantage la course de ce micro-actionneur, des concepts de dispositifs de réduction de course ont été développés pour démontrer, à partir de prototypes fabriqué en MDF par usinage laser, la capacité à atteindre une course de 1 µm. Enfin, à la suite de ces travaux de réduction de course, un concept de nano-actionneur multistable a été proposé. Ce nano-actionneur est composé de quatre modules bistables liés et disposés en parallèle pour offrir 16 positions discrètes sur une course rectiligne. Les simulations de cet actionneur montrent la possibilité d’atteindre les 15 positions espacées de 10 nm sur une course de 150 nm.


  • Résumé

    In this work, a bistable mechanism based on antagonistic pre-shaped double beams was proposed. Employing the proposed bistable mechanism, a quadristable micro-actuator was designed. ln order to validate the quadristability of the device, a meso-scaled prototype was fabricated from MDF by laser cutting. After the quadristability was experimentally confirmed, a quadristable micro-actuator was realized on SOl wafer using DRIE technique. Strokes for inner row and outer row were reduced to 300 µm and 200 µm respectively. For the actuation of the quadristable micro-actuator,laser heated SMA elements with deposited Si02 layer were used to realize the optical wireless actuation. With the help of a laser beam steering micro-mirror, both inner row and outer row were successfully actuated. ln order to further reduce the stroke, a bistable actuator with stroke reducing structure was designed and a prototype eut from MDF was tested. Bistability was validated and a stroke of 1µm was experimentally achieved. Based on this bistable module, a multistable nano-actuator, which contains four parallel coupled bistable modules,was designed and simulated. The simulated result have indicated that it was capable of outputs 16 discrete stable positions available from 0 nm to 150 nm with a step of 10 nm between two stable positions.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université de Technologie de Compiègne. Service Commun de la Documentation.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.