Contribution à la conception et à la commande des systèmes micromécatroniques.- Amélioration des performances par la conception et la commande - - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Hdr Année : 2012

Contribution à la conception et à la commande des systèmes micromécatroniques.- Amélioration des performances par la conception et la commande -

Résumé

Les micro- et nanotechnologies constituent des disciplines-clés dans les sciences du XXIème siècle. Leurs développements requièrent la disponibilité de systèmes et d’outils capables d’effectuer des tâches de manipulation et de caractérisation à l’échelle submicrométrique. L’une des approches les plus pertinentes pour aborder cette problématique consiste à développer des systèmes micromécatroniques et plus particulièrement des systèmes microrobotiques. La microrobotique concerne l’étude, la conception, la fabrication et la commande de systèmes capables d’exécuter des tâches robotisées, pour manipuler et caractériser des micro-objets ou des nano-objets.Durant les deux dernières décennies, de nombreux projets de recherche ont été menés à travers le monde, pour le développement de microrobots. Les avancées en conception et en microfabrication de nouveaux micro-actionneurs ont permis d’accroître considérablement leurs précisions. Cependant, les exigences toujours plus fortes en termes de précision (nanométrique) et de fiabilité, requises notamment dans de nouvelles applications telles que la caractérisation de nanocomposants dans des environnements confinés (à l’intérieur d’un TEM par exemple) font que l’optimisation de la structure mécanique seule est insuffisante. La recherche de performances ultimes requiert le développement de méthodes, en rupture avec les pratiques courantes et tirant profit des différentes sciences mises en jeux dans les approches « système ».Les travaux de recherche, que j’ai menés, concernent l’accroissement des performances des microsystèmes pour l’exécution de tâches microrobotiques de plus en plus précises et de plus en plus fiables. Cette problématique, fondamentalement pluridisciplinaire, est abordée selon deux approches différentes avec une complémentarité de plus en plus forte : la conception de microrobots adaptés aux contraintes du micromonde (le monde des objets de taille micrométrique) et la commande des microsystèmes en tenant compte de leurs spécificités.Si de nombreuses études ont porté sur la conception de micropréhenseurs et l’analyse de leurs interactions avec les micro-objets manipulés, peu de travaux ont eu pour but la conception de porteurs robotiques véritablement adaptés aux spécificités du micromonde. Dans ce cadre, une approche totalement nouvelle au niveau international pour la conception d’architectures de microrobots a été développée. Elle exploite, à la fois, les possibilités offertes par les technologies de microfabrication et par la commande numérique en boucle ouverte, afin d’obtenir des microrobots de petite taille, capables d’intervenir dans des environnements confinés et caractérisés par des faibles coûts de fabrication et d’exploitation. Cette nouvelle approche nommée « microrobotique numérique » est fondée sur la conception et la réalisation de microrobots à partir de modules mécaniques bistables et de structures déformables. Elle représente un nouveau paradigme da ns le domaine de la microrobotique autorisant la conception de nouvelles cinématiques adaptées au micromonde. D’autres travaux en conception de microsystèmes ont été réalisés pour remplir des fonctions essentielles dans une « micro-usine ». Il s’agit des fonctions de manipulation et de convoyage de microcomposants. Ainsi, un système de micromanipulation à doigts indépendants exploitant le principe de l’actionnement stick-slip et un dispositif de convoyage à effet inertiel ont été conçus, modélisés, fabriqués et testés. Ils ont notamment permis d’élargir considérablement la plage des dimensions des objets manipulés.Mes travaux de recherche sont également focalisés sur la commande des microsystèmes. Dans ce cadre, des approches de commande robustes, fondées sur la norme Hinfini, ont été mises en œuvre pour la prise en compte des incertitudes et des non-linéarités, très présentes à ces échelles dimensionnelles. Les résultats obtenus ont montré le potentiel important de l’emploi de correcteurs robustes dans les microsystèmes. Ces derniers représentent un champ applicatif nouveau pour la recherche en commande robuste. D’autre part, la quête de précisions ultimes m’a conduit à analyser les origines du bruit à l’échelle nanométrique et à prendre en compte leurs effets dans les lois de commande. Ces études ont permis, notamment, d’améliorer sensiblement les performances de micro-capteurs embarqués et d’accroître la résolution de mesure de raideurs dans des applications biologiques sur des molécules d’ADN.Dans les microsystèmes, la validation des approches théoriques par des expérimentations est une absolue nécessité tant les aléas sont nombreux. La volonté permanente de mener mes travaux jusqu’à la mise en œuvre et l’application, peut être illustrée par les nombreux démonstrateurs technologiques conçus et réalisés à l’institut FEMTO-ST.Les résultats obtenus permettent d’envisager des voies nouvelles pour l’exploration du nanomonde fondées sur une approche micro-nanorobotique.
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HDR Yassine Haddab dec2012.pdf (3.37 Mo) Télécharger le fichier
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Dates et versions

tel-01088282 , version 1 (05-12-2014)

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  • HAL Id : tel-01088282 , version 1

Citer

Yassine Haddab. Contribution à la conception et à la commande des systèmes micromécatroniques.- Amélioration des performances par la conception et la commande -. Sciences de l'ingénieur [physics]. Université de Franche-Comté, 2012. ⟨tel-01088282⟩
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