Utilisation de polymères en mircrorobotique : capteurs et actionneurs

par Chia-Ju Peng

Thèse de doctorat en Robotique

Sous la direction de Luc Chassagne, Barthélemy Cagneau et de Shuih-Jui Chen.

Thèses en préparation à université Paris-Saclay en cotutelle avec NATIONAL CENTRAL UNIVERSITY - NCU , dans le cadre de École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication , en partenariat avec Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes de Versailles (laboratoire) et de Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (référent) .


  • Résumé

    Cette thèse porte sur les mesures, la modélisation et la démonstration d'un transducteur polymère conducteur pour des applications robotiques. En raison d'un processus électrochimique réversible, les polymères conducteurs peuvent être utilisés comme actionneurs ou capteurs mécaniques. Les comportements et les performances du transducteur polymère en tant qu'actionneur de flexion et en tant que capteur de flexion sont étudiés, respectivement. Deux modes de fonctionnement, à savoir l'actionnement et la détection, sont identifiés par modélisation et validations expérimentales. Les performances de l'actionneur en polymère cintré de forme élancée, y compris le déplacement libre et la force de sortie, sont caractérisées sur la base du modèle mécanique. Les réponses électriques des capteurs polymères dans différentes conditions de flexion sont mesurées. Les fonctions analytiques des réponses électriques sont dérivées pour identifier les sorties de détection et les paramètres du modèle. Par ailleurs, le signal de détection diminue avec le temps, notamment en déformation mécanique quasi statique. Il est caractérisé par modélisation et une méthode de compensation est proposée pour équilibrer la tension décroissante du capteur polymère. Pour démontrer les deux fonctions de détection et d'actionnement réalisées dans le même matériau, une pince souple composée de deux doigts en polymère (un actif et un passif) est présentée dans cette thèse. Ce polymère conducteur est prometteur pour des applications de grand intérêt dans les capteurs souples et les actionneurs souples à l'échelle macro ou microscopique.

  • Titre traduit

    Sensing and actuation with interpenetrated polymers, application in microrobotics


  • Résumé

    This thesis deals with the measurements, modeling, and the demonstration of a conducting polymer transducer for robotic applications. Because of a reversible electrochemical process, conducting polymers can be used as actuators or mechanical sensors. The behaviors and performances of the polymer transducer as a bending actuator and as a bending sensor are investigated, respectively. Two working modes, namely actuation and sensing, are identified through modeling and experimental validations. The performances of the bending polymer actuator, including the free displacement and the output force, are characterized based on the mechanical model. The electrical responses of the sensors in different bending conditions are studied. The analytical functions of electrical responses are derived to identify the sensing outputs and the parameters of the model. Besides, the sensing signal drops over time, especially in quasi-static mechanical deformation. It is characterized based on modeling and a compensation method is proposed to balance the decreasing voltage of the polymer sensor. To demonstrate both the functions to sense and actuate achieved within the same material, a soft gripper made of two polymer fingers (one active and one passive) is presented in this thesis. This conducting polymer is promising for applications of great interest in soft sensors and soft actuators at the macro- or microscale.