Structures actives à base d'origami pour des résonateurs de Helmholtz adaptatifs et la robotique souple

Origami-based active structures for tunable Helmholtz resonators and soft robotics

• Auteur / Autrice : Amine Benouhiba
• Direction : Nicolas Andreff, Morvan Ouisse, Kanty Rabenorosoa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance le 15/06/2020
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST Franche Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies - Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Viollet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Andreff, Morvan Ouisse, Kanty Rabenorosoa, Stéphane Viollet, Manuel Collet, Frédéric Lamarque, Patrick Rougeot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Manuel Collet, Frédéric Lamarque

Mots clés

Mots clés contrôlés

Actionneurs

Mots clés libres

Origami

Conception mécatronique

Structure active

Résonateurs de Helmholtz adaptatif

Auto-Pliage

Changement de forme

Origami

Mechatronic designs

Active structure

Tunable Helmholtz resonators

Self-Folding

Shape-Shifting

Résumé

Aujourd'hui, les découvertes les plus passionnantes et les réalisations les plus fascinantes se déroulent à la périphérie de différents domaines. Un domaine peu connu qui a récemment démontré des résultats spectaculaires est l'application des principes de l'origami à la science et les technologies modernes. Cette approche présente des avantages qui justifient que l’on s’y attarde. Ce travail de thèse se concentre sur le développement de structures actives à base d’origami à la fois reconfigurables et adaptatives. Nous avons proposé une méthode de synthèse de structures actives à base d’origami. Elle est composée de plusieurs étapes : définition du cahier des charges, création du motif origami en 2D après un choix préalable de la base, conversion en 3D, modélisation multi-physique, choix des technologies de fabrication, intégration de systèmes d’actionnement, validation expérimentale et contrôle. Elle a été suivie du choix des outils logiciels assurant une interopérabilité mutuelle. Elle a ensuite été appliquée et validée pour une application en acoustique. Nous avons alors proposé un concept de résonateurs de Helmholtz adaptatifs à base d’origami pour le contrôle adaptatif-passif du bruit, et nous avons pu obtenir des résultats remarquables en termes de plage de fréquence et de largeur de bande. Un ensemble de modèle a été proposé pour décrire le fonctionnement des résonateurs de Helmholtz adaptatifs à base d’origami suivant leur flexibilité. Nous avons également étudié des actionneurs à base de matériaux actifs pour des structures à base d’origami. Plus précisément les polymères conducteurs qui sont capable de réaliser de grandes déformations à faible tension d’activation pour l’auto-pliage réversible.

Today, the most exciting discoveries and fascinating accomplishments are performed on the peripheries of different areas. A not very well-known area which has recently demonstrated spectacular achievements is the application of origami principles in modern science and technology. This approach has advantages that justify the recent attention. This thesis work focuses on the development of origami-based active structures, both reconfigurable and adaptive. We proposed a new synthesis method of origami-based active structures. It is composed of several stages: definition of the application requirements, creation of the origami motif in 2D after a preliminary choice of the base, conversion in 3D, multi-physics modeling, selection of fabrication technologies, integration of the actuation system, experimental validation, and control. The method was followed by a choice of software tools that ensure mutual interoperability. It was then applied and validated for an acoustics application. A concept of tunable origami-based Helmholtz resonators for adaptive-passive noise control. The resonators were able to achieve remarkable results in terms of frequency range and bandwidth. A set of models has been proposed to describe the functioning of tunable origami-based Helmholtz resonators according to their flexibility. We also studied actuators based on active materials for origami-based structures. More specifically, conductive polymers which are capable of producing large deformations with a low activation voltage, and a reversible self-folding.