Vibrating wings microsystem: MEMS technologies for the fabrication of a bioinspired MEMS
Microsystème à ailes vibrantes: utilisation des technologies MEMS pour la réalisation d'un microdrone bioinspiré
Résumé
This work, which is of a highly interdisciplinary nature, involves several fields such as structural dynamic, biomimicry, microfabrication technology and aerodynamic. The objective is to make progress in the design and the fabrication of a vibrating wing microsystem having an insect size by using MEMS techniques. The achievement of large wing strokes by using wing resonance and passive rotation is a concept which is developed in this thesis. Prototypes have been fabricated by using the photoresist SU-8 which presents mechanical properties close to those of insect wings. The structure was actuated and wing resonance and passive torsion have been obtained with a view to eventual flight. A more specific study concerning vibration at large displacements has been performed and a finite element model is proposed. Air wing damping is also treated to refine the model in order to discriminate between aerodynamic forces from structural forces. An experimental set-up has been developed in order to study wing kinematic and aerodynamic effects at insect size.
Ce travail de thèse s'inscrit dans une thématique pluridisciplinaire qui regroupe des domaines comme la dynamique des structures, le biomimétisme, les technologies de réalisation de microsystème et l'aérodynamique. Le but de ce travail est de progresser dans la conception et la réalisation d'un microsystème à ailes résonantes à l'échelle de l'insecte en utilisant des technologies issues des microsystèmes. Des concepts sont développés dans cette thèse. En particulier, l'obtention d'un battement de grande amplitude par l'utilisation de la résonance de l'aile et la rotation de l'aile de façon passive. Des prototypes ont été réalisés en utilisant le polymère SU-8 dont les caractéristiques mécaniques sont proches de celles d'une aile d'insecte. Cette structure a été mise en vibration an de génerer de la portance mais n'a pour l'instant pas été capable de se propulser dans les airs. Les concepts d'aile résonante et de torsion passive ont toutefois pu être validés. Une étude plus spécique de simulation de vibration en grands déplacements a été menée et un premier modèle élément ni est proposé. Les questions d'amortissement des ailes dans l'air sont également traitées en vu de pouvoir poursuivre l'étude et différencier les efforts aérodynamiques de l'amortissement propre à la structure. Nous disposons d'un outil expérimental pour étudier à l'échelle de l'insecte la cinématique des ailes et les effets aérodynamiques.