Caractérisation multiphysique de nano-objets et manipulation robotisée sous environnement MEB – NanoRobust

Les nanosciences sont un domaine de recherche en plein essor, notamment à travers l’émergence prometteuse de nouveaux nano-objets ou nanomatériaux. Ce champ de la recherche fait aujourd’hui face à un verrou : la mesure de certaines propriétés physiques intrinsèques. Dans le projet NanoRobust, nous proposons de traiter ce verrou à travers deux sous thèmes de recherche : (1) la capacité de manipuler spatialement de façon contrôlée ces objets afin de les positionner sur des supports permettant leur transport vers des systèmes de mesures comme des MET afin d’accéder à leurs propriétés structurales et (2) l’analyse sous Microscope électronique (MEB) in situ de leurs propriétés physiques sans endommager ou contaminer ces objets.
Le projet a pour objectif de produire une plate-forme robotisée de nanomanipulation et de caractérisation physique sous MEB. En effet, que ce soit dans les laboratoires de recherche ou parmi les dispositifs disponibles sur le marché, aucune plateforme actuelle ne réunit l’ensemble des caractéristiques nécessaires pour atteindre les objectifs visés pour la caractérisation des nano-objets. Nous proposons ici une solution basée sur la nanorobotique qui apparaît comme une solution pertinente pour répondre à ce besoin par l’apport de la flexibilité nécessaire à la multiplicité des nano-objets et de la diversité de leur situation. En considérant les systèmes de positionnement spatial contrôlé déjà développés, les stratégies manuelles de nanomanipulation ainsi que quelques méthodes (associées à des capteurs dédiés) de mesures de propriétés multiphysiques qui ont été élaborées, nous proposons de les intégrer et de les améliorer pour répondre aux besoins de caractérisation des nano-objets.
La résolution, la répétabilité et le contrôle des interactions physiques nécessitent de doter le système de commandes évoluées des robots, notamment des commandes référencées capteurs (forces et vision). En effet, il convient de faire face à de nouveaux problèmes scientifiques tels que les rapports signal/bruit très défavorables, les difficultés d’exploitation de l’imagerie MEB pour la commande, la commande hybride nanoforce/vision électronique ou encore l’exploitation de capteurs embarqués. La maîtrise des interactions et des déplacements passe nécessairement par la synthèse de lois de commandes robustes.

Le LPN apportent un ensemble de problèmes de manipulation et de caractérisations physiques in situ. FEMTO-ST et l’IRISA apportent des compétences de haut niveau en commande référencée capteurs de forces, de position et vision. L’UPMC/ISIR et FEMTO-ST sont les laboratoires leader dans le domaine des systèmes micro-nanorobotiques. Enfin, l’UPMC/ISIR apporte un ensemble de méthodes et de stratégies pour la nanomanipulation déjà développées, mais de façon embryonnaire, qui seront mises en situation face à des exemples précis.

Le programme de travail proposé pour ce projet répond aux différents points de recherche. Ainsi, nous aborderons les problèmes de définition de stratégies de nanomanipulation et de méthodes de caractérisation multiphysique in situ, les problèmes de commande robuste pour le contrôle de la préhension des nano-objets, et également l’accroissement des performances de la caractérisation par la prise en compte et la modélisation des bruits et l’emploi de techniques de filtrage optimal, la définition d’outils d’imagerie et de vision MEB, la commande référencée vision MEB permettant d’automatiser le processus ainsi que l’intégration et la validation expérimentale dans le cadre des exemples proposés par nos partenaires. Par ce projet, notre ambition est de montrer que l’interaction entre ces domaines scientifiques permet de lever des verrous dans le domaine de la nanomanipulation individuelle et la caractérisation multiphysique de nano-objets. Les perspectives d’utilisation dans le réseau des centrales de technologies et pour des acteurs industriels (Thalès a exprimé sont fort intérêt) sont très importantes.