Estimation de position basée sur l’impédance électrique pour la microrobotique mobile - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Impedance-based position tracking for mobile microrobotic applications

Estimation de position basée sur l’impédance électrique pour la microrobotique mobile

Résumé

This thesis focuses on the localization of moving subcentimetric objects. The growing interest in this topic comes with the development of the field of mobile microrobotics. Indeed, many untethered miniature robots are considered for in vivo medical applications. In parallel, microrobotic techniques are also being studied for various in vitro operations at the level of single biological cells. However, these precise operations imply to guarantee the positioning of the manipulated entities. Access to positional information is therefore essential for these applications of microrobotics in the biomedical domain.To address this need, this thesis proposes innovative localization methods exploiting the electrical impedance variations induced by the presence of the object of interest between several electrodes. Electrical impedance tomography is an emerging medical imaging method that was used to reconstruct a map of the entire workspace of a mobile small-scale robot. Magnetic microrobots moving in this space can be identified on this map and tracked during their motion. In a microfluidic environment, using a system with fewer electrodes, thus giving access to fewer impedance measurements, microparticles moving at high speed can also be localized over time. Without mapping the entire sensing volume, a state observation method (the extended Kalman filter) was used to estimate the position of the particles by combining a known model of their motion with the obtained impedance measurements.As a result, this thesis shows by various methods that the exploitation of impedance variations induced by the presence of a subcentimetric object between several electrodes can be used to determine its position.
Cette thèse s'intéresse à la localisation d'objets subcentimétriques en mouvement. L'intérêt croissant pour ce sujet provient de l'émergence du champ de la microrobotique mobile. En effet, de nombreux robots miniatures à actionnement sans contact sont envisagés pour des applications médicales in vivo. De plus, des techniques microrobotiques sont également à l'étude pour des opérations in vitro variées à l'échelle d'une cellule biologique unique. Toutefois, l'exécution précise de ces opérations implique de garantir le positionnement des entités manipulées. L'accès à une information de position est donc essentiel pour ces applications de la microrobotique dans le domaine biomédical.Pour répondre à ce besoin, cette thèse propose des méthodes de localisation innovantes basées sur des mesures d’impédance électrique. La méthode de la tomographie d'impédance électrique a été utilisée pour reconstruire une cartographie de la totalité d'un espace de travail. Des microrobots magnétiques se déplaçant dans cet espace ont pu être identifiés sur cette cartographie et suivis au cours de leurs mouvements. En milieu microfluidique, dans un système comportant moins d'électrodes, donnant donc accès à moins de mesures d'impédance, des microparticules se déplaçant à haute vitesse ont également pu être localisées au cours du temps. Sans cartographier la totalité de l'espace de travail, une méthode d'observation d'état (le filtre de Kalman étendu) a permis de combiner un modèle connu du déplacement des particules avec les mesures d'impédance réalisées pour estimer leur position.Ainsi, cette thèse montre par différents procédés que l’exploitation des variations d’impédance induites par la présence d’un objet subcentimétrique entre plusieurs électrodes peut permettre de déterminer la position de celui-ci.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03621472 , version 1 (28-03-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03621472 , version 1

Citer

Hugo Daguerre. Estimation de position basée sur l’impédance électrique pour la microrobotique mobile. Automatique / Robotique. Université Bourgogne Franche-Comté, 2021. Français. ⟨NNT : 2021UBFCD064⟩. ⟨tel-03621472⟩
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