Elaboration d’actionneurs et capteurs polymères et intégration dans des systèmes de perceptions biomimétiques

Conducting interpenetrating polymer network actuator sensor for biomimetic perception system

• Auteur / Autrice : Nicolas Festin
• Direction : Frédéric Vidal, Claude Chevrot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie - Cergy
• Date : Soutenance le 19/12/2012
• Etablissement(s) : Cergy-Pontoise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physico-chimie des polymères et des interfaces (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fethi Ben Ouezdou, François Tran-Van, Fréderic Vidal, Cédric Plesse
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Hamaide, John D.W. Madden

Mots clés

Mots clés libres

Polymères

Actionneurs

Élastomeres

Polyméres conducteurs

Électrochimie

Perception

Polymer

Actuator

Elastomer

Conducting polymer

Electro-chemistry

Perception

Résumé

Depuis de nombreuses années des chercheurs imitent le vivant afin d'obtenir des systèmes capables de s'adapter à des environnements de plus en plus complexes. Aujourd'hui aucune des technologies classiques n'est capable de rivaliser complètement avec le fonctionnement d'un muscle. L'objectif de ce travail est de synthétiser et d'intégrer une nouvelle génération d'actionneurs-capteurs à base de réseaux interpénétrés de polymères conducteurs dans des systèmes de perceptions biomimétiques. Nous avons tout d'abord réalisé la synthèse et la caractérisation d'une nouvelle matrice hôte à base de réseaux interprétés de polymères (RIP) combinant de bonnes propriétés mécaniques du caoutchouc nitrile (NBR) et de conductivités ioniques du poly (oxyde d'éthylène). Nous avons ensuite incorporé dans cette matrice hôte un polymère conducteur électronique, le poly (3,4-éthylènedioxythiophène), par polymérisation in situ. Nous avons caractérisé les effets de différents paramètres de synthèse sur la localisation et la morphologie du polymère conducteur au sein de la matrice. Puis nous avons caractérisé les propriétés d'actionneurs et de capteurs de ces matériaux électroactifs. Enfin nous avons réalisé l'intégration de ces matériaux dans deux prototypes de systèmes de perceptions biomimétiques, le premier tactile imitant les vibrisses du rat et le deuxième visuel imitant les muscles oculomoteurs. Finalement, nous concluons que les propriétés et performances de cette nouvelle génération d'actionneurs-capteurs permettent leurs intégrations dans des systèmes de perceptions spécifiques pouvant être utilisés sur un robot mobile.

For many years researchers mimic the living in order to obtain systems that can adapt to complex environments. Today no conventional technology is able to fully compete with the functioning of a muscle. The objective of this work is to synthesize and integrate a new generation of actuators and sensors based on interpenetrating polymer networks of conductive polymers in biomimetic perceptions systems. We first carried out the synthesis and characterization of a novel host matrix based on interpreted polymer networks (IPN) combining good mechanical properties of nitrile rubber (NBR) and ionic conductivities of poly(ethylene oxide ) (PEO). Then, We incorporated into this host matrix an electronically conductive polymer, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), by in situ polymerization. We characterized the effects of various synthesis parameters on the location and morphology of the electrically conductive polymer within the matrix. Then, we characterized the actuation and sensing properties of these électroactive materials. Finally, we completed the integration of these materials into two prototypes of biomimetic perceptions. The first one tactile is imitating and emulating tactile perception of the rat vibrissae. The second one visual is imitating the extraocular muscles. Finally, we conclude that properties and performances of this new generation of sensor-actuators allow their integration into specific perception system that can be used on a mobile robot.