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Thèse Année : 2023

Biomimetic multi-stimuli responsive flexible actuators

Actionneurs flexibles biomimétiques sensibles à de multiples stimuli

Quan Sun
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1364661
  • IdRef : 276444442

Résumé

Nature uses various mechanisms in living organisms to create deformations(actuation) and conversely to convert them into information (detection).Inspired by these natural organisms, we have developed biomimetic sensorsand actuators. Initially, micro-cantilevers have been designed and simulatedfrom Multiphysics FEM analysis to achieve specific shape and movement.Based on these simulations results, organic MEMS capable of complexshapes have been manufactured using PDMS elastomer joined to a polymericsubstrate (SU-8 epoxy resin) micromachined by photolithography. Thisapproach makes it possible to induce three-dimensional deformations(twisting, curling, bending) in a controlled manner according to their design.The entire 3D actuators movements were characterized via Python-Open CVimage treatment to analyze their movement kinetic. In order to get furtherinsight into the kinetics of actuation driven by the swelling of PDMS, analyticalfits based on a two-rate diffusion process was used to describe the twistingkinetics of the actuator when placed in VOCs saturated vapors. Finally,additional 3D motions were achieved using an origami approach by addingcreases that behave as hinges in soft structures providing further flexibilityand novel controlled motion in specific directions in continuum structures.
La nature utilise divers mécanismes dans les organismes vivants pour créerdes déformations (action) et, inversement, les convertir en informations(détection). Inspirés par ces organismes naturels, nous avons développé descapteurs et actionneurs biomimétiques. Initialement, des micro-cantilevers ontété conçus et simulés à partir d'une analyse FEM Multiphysique pour obtenirune forme et un mouvement spécifiques. Sur la base des résultats de cessimulations, des MEMS organiques capables de formes complexes ont étéfabriqués en utilisant un élastomère PDMS joint à un substrat polymérique(résine époxy SU-8) usiné par photolithographie. Cette approche permetd'induire des déformations tridimensionnelles (torsion, courbure, pliage) demanière contrôlée selon leur conception. L'ensemble des mouvements desactionneurs 3D a été caractérisé via un traitement d'image Python-OpenCVpour analyser leur cinétique de mouvement. Afin d'obtenir une meilleurecompréhension de la cinétique de l'actionnement induit par le gonflement duPDMS, des ajustements analytiques basés sur un processus de diffusion àdeux taux ont été utilisés pour décrire la cinétique de torsion de l'actionneurlorsqu'il est placé dans des vapeurs saturées de composés organiquesvolatils (COVs). Enfin, des mouvements 3D supplémentaires ont été réalisésen utilisant une approche d'origami en ajoutant des plis qui agissent commedes charnières dans des structures souples, offrant ainsi une plus grandeflexibilité et un nouveau mouvement contrôlé dans des directions spécifiquesau sein de structures en continuum.

Domaines

Electronique
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04509109 , version 1 (18-03-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04509109 , version 1

Citer

Quan Sun. Actionneurs flexibles biomimétiques sensibles à de multiples stimuli. Electronique. Université de Bordeaux, 2023. Français. ⟨NNT : 2023BORD0459⟩. ⟨tel-04509109⟩
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