Conception, réalisation et commande d'un microrobot numérique, planaire, non-redondant et en technologie MEMS. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2013

Design, fabrication and control of a planar, non-redondant, MEMS digital microrobot.

Conception, réalisation et commande d'un microrobot numérique, planaire, non-redondant et en technologie MEMS.

Résumé

With the current expansion of micro- and nano-technologies (in such domains as watchmaking, electronics, optics, biomedical, . . .), came the necessity to build systems able to manipulate and make the assembly of smaller and smaller objects. Design of robotic stations, able to manipulate micro-objects, expanded all over the world, making use of high resolution actuators and numerous sensors adapted to the microworld. This thesis opens a new paradigm in the design of micromanipulation robotics. We present the design, modeling, fabrication and control of a new microrobot, the DiMiBot (Digital MicroroBot). It is the first digital microrobot -- inspired from digital electronics -- which makes use of binary actuators for the generation of discrete displacements with high accuracy without any sensors (open-loop control). These highly repeatable and robust binary actuators (bistable modules) generate an accurate displacement of 25 μm. They are monolithically conbined with a parallel flexible architecture, allowing the generation of a discrete workspace, in which all the 2N (N is the number of bistable modules used) distinct reachable positions are perfectly stable, repeatable and mechanically robust. They are evenly spread inside a 10.5 μm length square. After dimensioning, the first digital microrobot prototype in silicon was microfabricated in MIMENTO clean-room of FEMTO-ST institute. This DiMiBot has 4 bistable modules and generates a workspace of 3.5 μm resolution with 90 nm repeatability.
Le développement récent en micro- et nano-technologies (dans des domaines tels que l'horlogerie, l'électronique, l'optique, le biomédical, . . .) a créé un fort besoin concernant des systèmes capables de manipuler et d'assembler des objets de plus en plus petits. La conception de stations robotisées, capables de manipuler des micro-objets, s'est multipliée à travers le monde, faisant intervenir des actionneurs de haute résolution adaptés au micromonde, ainsi que de nombreux capteurs. Ce mémoire ouvre une nouvelle voie pour le développement de robots de micromanipulation. Il présente la conception, la modélisation, la fabrication et la commande d'un nouveau concept de microrobot, le DiMiBot (Digital MicroroBot). Il s'agit du premier microrobot numérique - inspiré de l'électronique numérique - qui fait intervenir des actionneurs binaires pour générer un déplacement discret d'une grande précision sans nécessiter de capteur (en boucle ouverte). Ces actionneurs binaires extrêmement répétables et robustes (les modules bistables), assurent chacun un déplacement précis de 25 μm. Ils sont associés de manière monolithique à une architecture robotique parallèle flexible, assurant la génération d'un espace de travail discret, dont les 2N (N est le nombre de modules bistables utilisés au sein du DiMiBot) positions distincts atteignables sont parfaitement stables, répétables et robustes mécaniquement. Elles sont réparties de manière homogène dans un carré de10,5 μm de côté. La microfabrication du premier prototype de microrobot numérique en silicium - faisant suite à un dimensionnement minutieux en éléments finis - a été réalisé au sein de la salle blanche MIMENTO de l'institut FEMTO-ST. Ce DiMiBot possédant 4 modules bistables assure une résolution de 3,5 μm pour une répétable de chacune des 16 positions atteignables de 90 nm.
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Dates et versions

tel-00913321 , version 1 (03-12-2013)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00913321 , version 1

Citer

Vincent Chalvet. Conception, réalisation et commande d'un microrobot numérique, planaire, non-redondant et en technologie MEMS.. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Université de Franche-Comté, 2013. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00913321⟩
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