Nanorobotique dynamique Opérant dans un espace multidimensionel sous microscopie électronique – DyNaBot

Les Microscopes Electroniques (MEs) sont très répandus dans un large éventail d'applications en raison de leurs capacités de visualisation uniques et puissantes. Plusieurs technologies clés ont récemment vu le jour et permettent de réaliser à l’intérieur de ces ME (1) la fabrication additive/substrative locale par des faisceaux d'ions à l'échelle sub-micrométrique et (2) des mouvements 3D dynamiques par des systèmes nanorobotiques. Ces technologies sont particulièrement prometteuses pour la fabrication de nanodispositifs ou la caractérisation multimodale d’échantillons. Toutefois, les approches historiques fondées sur une microscopie électronique avec une vision planaire et une faible fréquence d’acquisition limitent considérablement l’exploitation de l’environnement 3D, la vitesse d’exécution des tâches et les capacités d’automatisation. Par ailleurs, l’augmentation de la cadence des tâches se heurte à la nécessité d’une maitrise dynamique des forces d’interaction afin de limiter les dommages irréversibles sur l'échantillon étudié ou le dispositif fabriqué.

Dans ce contexte, DyNaBot étudiera en profondeur le paradigme de la génération de mouvements nanorobotiques dans les MEs pour leur apporter des capacités d’exécution rapides et sures de tâches dans un environnement tridimensionnel. Cette approche, qui est en rupture à cette échelle, vise à révolutionner les capacités des MEs en les transformant en nano-usines permettant à chaque utilisateur de réaliser des tâches complexes de fabrication (additive, substractive), de manipulation, d'assemblage et de caractérisation robotisée à l'échelle sub-micrométrique. Pour cela, le projet vise à dépasser l'état de l'art en proposant une structure nanorobotique compacte et agile dotée d’un capteur de forces actif pour contrôler dynamiquement les interactions physiques et un jumeau numérique intégrant le modèle dynamique multiphysique de la plateforme et contribuant fortement à l'observation de signaux faibles permettra une utilisation intuitive centrée sur l'expertise humaine.
Le projet est organisé en 4 WP techniques, un WP gestion et WP diffusion et valorisation, pour gérer un programme scientifique de 4 grands axes : (1) l’étude de la problématique de génération de mouvements robotiques à l’échelle nanométrique conduisant à la proposition d’une architecture nanorobotique originale capable d’apporter des mobilités importantes autour d’un point d’intérêt avec une précision nanométrique (2) l’étude de la problématique du contact entre le robot et son environnement conduisant à la proposition d’un capteur actif capable de contrôler ces interactions de manière dynamique à l’intérieur d’un ME (3) l’étude et la proposition d’un jumeau numérique pour l’observation 3D de l’environnement et la prédiction des état du système robotique pour aller au-delà des limites de fréquence d’acquisition des MEs (4) le développement de 2 démonstrateurs représentatifs d'applications scientifiques et industrielles typiques visant à démontrer le potentiel exceptionnel de l’approche proposée dans DyNaBot : le premier consiste à établir une cartographie 3D de propriétés élastique d’échantillons hydratées, le second consiste à réaliser la manipulation tridimensionnelle de nanofils souples et de réaliser un nanodispotif les intégrant par assemblage robotisé.

Pour garantir le succès de DyNaBot qui offre un défi au meilleur état de l’art international, FEMTO-ST, l'ISIR et le CEA-List apporteront leur expertise complémentaire unique en modélisation et contrôle pour la nanorobotique ainsi que dans les interactions homme-robot pour l’industrie du futur en lien à la nanotechnologie.
Les impacts économiques et sociétaux de DyNaBot sont potentiellement très importants rendant possible la caractérisation massive, multi-modale et dynamique à l’intérieur de MEs ainsi que la transformation de MEs en nano-usines permettant la réalisation in-situ de processus complets et variés de fabrication de nano-dispositifs innovants.