Actionneur Electroactif à base de Terpolymères Fluorés pour Chirurgie Micro-Invasive – TEAM

L’évolution des technologies d’endoscopes et de micro-cathéters ont permis le développement de la chirurgie non invasive dans la plupart des domaines médicaux. Ces technologies s’orientent vers la miniaturisation et la flexibilité des outils au gré des innovations. Les micro-actionneurs ne sont pas exemptés de cette vague d’innovation depuis l’émergence de la robotique souple et des matériaux intelligents. Parmi ces matériaux, les polymères électroactifs ont suscité un réel enthousiasme pour leurs capacités de déformation réversible, répétable et contrôlable. Nous les avons donc étudiés, en particulier, le terpolymère relaxeur-ferroélectrique P(VDF-TrFE-CTFE), notamment pour sa biocompatibilité et ses performances de flexion. A la suite de l’ANR FETA portant sur l’étude de la structure et des propriétés de ce matériau, le consortium TEAM souhaite s’intéresser au procédé de fabrication et de mise en œuvre d’un actionneur multicouche à base de polymères électroactifs pour l’endoscopie chirurgicale. La conception de l'actionneur multicouche, qui consiste en une alternance de couches électroactives et conductrices, est proposée pour réduire l'épaisseur des couches de polymères électroactifs (PAE), et donc la tension de commande correspondante (proportionnelle à l'épaisseur du film).
Les chercheurs en mécanique et robotique et en matériaux polymères des laboratoires PIMM et IMS vont s’associer avec ceux d’ARKEMA et de SYROBO pour promouvoir les résultats très prometteurs obtenus lors des travaux précédents et permettre ainsi une croissance du TRL sur ces technologies innovantes. Les objectifs de TEAM sont les suivants :
- Optimiser la formulation d’encre et le procédé de fabrication d'un actionneur à base de polymère électroactif pour obtenir un matériau composite multicouche à travers la compréhension des influences physico-chimiques des conditions des procédés d'impression sur les différentes couches. Concrètement, l'effet des paramètres suivants, pression, vitesse, type de maille pour la sérigraphie et le choix du solvant et le taux de retrait pour dip-coating sera étudié. La conception d'actionneurs EAP multicouches constitue un véritable challenge qui devrait fournir des informations précieuses sur l'influence de nombreux paramètres géométriques et physiques sur les performances des actionneurs.
- Développer une plateforme de prototypage numérique par éléments finis pour guider le processus de fabrication de cet actionneur grâce à un jumeau numérique robuste qui consiste en des simulations multiphysiques par éléments finis (FE) impliquant de grands déplacements via le logiciel Abaqus©. Ce jumeau numérique sera utilisé pour guider le choix des multiples paramètres des procédés de fabrication tels que l'épaisseur, le nombre de couches, les propriétés mécaniques des matériaux actifs et les caractéristiques physiques du substrat flexible/élastomère et des électrodes.
- Développer et valider un procédé d'impression optimisé de l'actionneur multicouche sur un emplacement spécifique de la structure tubulaire pour permettre un mouvement mécanique en trois dimensions. Caractériser les propriétés électromécaniques (déplacement mécanique et force générée) des actionneurs souples multicouches dans l'air et les milieux aqueux.
-Évaluer les performances des actionneurs pour l'intégration médicale endoscopique par le biais d'un test numérique et expérimental développé avec les chirurgiens urologues de l'hôpital TENON et de SYROBO.
Pour résumer, le projet TEAM vise à combiner les matériaux avancés et leurs procédés de fabrication avec l'analyse mécanique et numérique, ainsi que la théorie du contrôle afin de développer un actionneur médical multicouche EAP souple dédié, entre autres, à la chirurgie mini-invasive.