Origami nanorobotique déployé en bout de fibre

par Yuning Lei

Projet de thèse en Sciences pour l'Ingénieur

Sous la direction de Cédric Clevy et de Jean-Yves Rauch.

Thèses en préparation à Bourgogne Franche-Comté , dans le cadre de SPIM - Sciences Physiques pour l'Ingénieur et Microtechniques , en partenariat avec FEMTO-ST Franche Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (laboratoire) et de AS2M - Département Automatique et Systèmes Micro-Mécatroniques (equipe de recherche) depuis le 01-10-2019 .


  • Résumé

    Les besoins pour les systèmes de caractérisation et les nanorobots d'opérer à de très petites échelles dimensionnelles se fait de plus en plus sentir en raison de la réduction de l'échelle de nombreux objets. Il s'agit de caractériser des systèmes de dimensions nanométriques ou de manipuler des objets nanométriques. Ces besoins sont considérables et couvrent un large éventail d'applications, mais il existe un manque de solutions disponibles. Des efforts importants sont déployés pour étudier différentes approches : Certains systèmes commerciaux fonctionnent à leurs limites et permettent de démontrer des résultats intéressants mais pour certaines applications spécifiques. Les limites très fortes des systèmes commerciaux poussent de nombreuses équipes de recherche à étudier des approches plus risquées visant de nouveaux principes d'actionnement, de transformation du mouvement et de mesure. Par exemple des origamis robotiques miniatures, la rotation par des métamatériaux hautement déformables, des structures flexibles rétractables ou déformables. Parmi ces solutions originales, la réalisation de nanocapteurs ou de structures actives à l'extrémité de la fibre optique est une réponse à ce besoin. Dans cette thèse, une approche originale a été proposée, basée sur le dépliage d'une structure mise en place à l'extrémité de la fibre optique sous Microscope Electronique à Balayage (MEB). Il s'agit de découper, plier et assembler une structure origami à l'aide d'un faisceau d'ions focalisé (FIB), et de générer son déploiement à l'extrémité de la fibre optique en utilisant le flux optique disponible. Des articulations souples en silice réalisées par pliage FIB sont proposées pour obtenir des mouvements de grande ampleur continus et hautement répétables. Une structure polyarticulée est particulièrement étudiée après une série d'analyses et d'expérimentations robotiques pour quantifier les performances. La taille de la structure proposée est beaucoup plus petite que la technologie conventionnelle, avec un grand espace de travail et une répétabilité à l'échelle nanométrique, ce qui démontre l'intérêt des nouvelles structures polyarticulées résultant du pliage par FIB comme base pour la prochaine génération de nanorobotique captive.

  • Titre traduit

    Nanorobotic Origami Unfolded at the Tip of Optical Fiber


  • Résumé

    The need for characterization systems and nanorobots to operate at very small dimensional scales is increasingly emerging because of the downscaling of many objects. It involves characterizing systems of nanometric dimensions or manipulating nanometric objects. These needs are considerable and cover a wide range of applications, but there is a lack of available solutions. Significant efforts are being made to study different approaches: Some commercial systems are operating at their limits and allow demonstrating interesting results but for some specific applications. The very strong limits of commercial systems push many research teams to study riskier approaches aimed at new principles of actuation, motion transformation, and measurement. For example miniature robotic origami, rotation by highly deformable metamaterials, flexible retractable structures or deformable. Among these original solutions, making nanosensors or active structures at the end of the optical fiber is an answer to this need. In this thesis, a novel approach has been proposed based on the unfolding of a structure set up at the tip of the optical fiber under Scanning Electron Microscope (SEM). This involves cutting, folding and assembling a origami structure using Focused Ion Beam (FIB), and generating its deployment at the tip of the optical fiber by using the available optical flow. Compliant joints made of Silica by FIB folding are proposed to achieve continuous, highly repeatable large motions. A polyarticulated structure is especially studied following a series of robotic analyses and experimentations to quantify the performances. The size of the proposed structure is disruptively smaller than conventional technology with a large workspace and nanoscale repeatability, which state the interest of novel polyarticulated structures resulting from the FIB folding as a basis for the next tethered nanorobotics generation.