Capteurs flexibles biomimétiques sensibles à multiples stimuli – DEFORM

La nature utilise divers mécanismes dans les organismes vivants pour créer des déformations (actionnement) et inversement convertir ces déformations en informations (détection). Inspirés par ces organismes naturels, le projet DEFORM a pour but de développer des capteurs et des actionneurs biomimétiques capables de détecter simultanément de multiples stimuli à travers différents types de déformations combinées à une détection électrique intégrée. Ces dispositifs biomimétiques consistent en des MEMS organiques. Grâce à leurs propriétés particulières (faible coût, flexibilité, biocompatibilité), les MEMS organiques représentent une alternative possible aux dispositifs silicium pour des applications émergentes telles que la biomédecine, la robotique flexible ou bien l’électronique portable et le textile intelligent.

Dans un premier temps, des micro-leviers électrostrictifs seront conçus à partir de polymère ferroélectrique relaxeur, P(VDF-TrFE-CTFE). Ensuite, des MEMS organiques capables d’actionnement de formes complexes seront réalisés en modifiant la rigidité du matériau à des endroits spécifiques ou bien grâce à l'intégration de matériaux à module d'Young élevé ou au contraire via une gravure partielle. Cette approche devrait permettre d’induire de manière contrôlée des déformations tridimensionnelles (3D) de ces MEMS organiques. Par la suite, des matériaux organiques utilisés comme couche sensible aux composés organiques volatils seront intégrés sur ces dispositifs. Inspirés de l'architecture des plantes et en s’appuyant sur une modélisation mécanique, ces matériaux fonctionnels seront micro et nano-structurés avec des tailles et des formes contrôlées afin de créer des déformations ciblées, telles que la torsion grâce à diverses techniques d’impression. La transduction électromécanique sera réalisée soit à travers une transduction résistive ou capacitive. Bien qu'un intérêt croissant soit porté aux actionneurs biomimétiques flexibles qui ont contribué à des progrès substantiels dans ce domaine, à ce jour, aucun capteur biomimétique avec transduction électrique intégrée n'a été réalisé. Par ailleurs, nous chercherons également à développer des matériaux fonctionnels répondant à de multiples stimuli grâce (i) à la modification du matériau lui-même (fonctionnalisation, porosité) et (ii) la formulation de composites introduisant une fonctionnalité supplémentaire (la conception d'un matériau thermoélectrique conducteur).

Le projet DEFORM vise donc à développer une technologie émergente basée sur des capteurs MEMS bio-inspirés avec de nombreux avantages tels que leur faible coût, la réalisation d'un grand nombre de structures / formes avec la possibilité d'une forme d'actionnement tridimensionnelle (3D) ainsi qu’une transduction électrique intégrée. Nous sommes convaincus que les résultats de DEFORM contribueront grandement au développement du domaine des MEMS organiques biomimétiques, porté par le besoin de microstructures 3D capables de détecter des stimuli multiples nécessaires au développement industriel et économique des marchés de l'électronique portable du textile intelligent et de la robotique flexible. En accord avec la cohérence scientifique et les intérêts de recherche du laboratoire du coordinateur, l'élaboration de capteurs et d'actionneurs organiques à base de polymères électroactifs et la micro-structuration de matériaux fonctionnels représentent une approche nouvelle et originale qui sera développée au sein du laboratoire. Le projet DEFORM renforcera la synergie actuelle du groupe ORGANIQUE de l’IMS, tout en permettant au coordinateur d'acquérir des activités scientifiques et de gestion de premier plan dans le groupe.