Assemblage de microcomposants en milieu liquide – LEMA

Forte de cette analyse, notre proposition dégage plusieurs originalités : (1) l’identification d’un no man’s land dimensionnel pour les produits d’une taille entre le dixième et la dizaine de microns, càd entre les techniques dites bottom-up de la chimie et des nanotechnologies et la miniaturisation dite top-down de l’industrie robotique ; (2) le choix de l’intégration de nombreuses techniques pour former une boîte à outils innovante en vue de l’assemblage à cette échelle et conforme à une description fonctionnelle du processus d’assemblage: alimentation en composants, alignement/positionnement et attachement; (3) l’innovation appliquée à chaque fonction: utilisation d'un système microfluidique pour le convoyage de composants, l'alignement et le positionnement sans contact grâce aux champs de forces électrostatique et magnétique (y compris des éléments avancés de commande non linéaire) et enfin, la comparaison quantifiée d’une famille de procédés d’attachement reposant sur des liaisons biochimiques; (4) ces travaux conduiront aux premiers assemblages réellement à l’échelle du micron.

L’innovation attendue de ce projet est le développement d’une véritable boîte à outils pour l’assemblage à l’échelle du micron. Ceci positionnerait le CNRS sur le front le plus avancé de la recherche dans ce domaine,
ouvrant la voie à de nouvelles applications pour le packaging de NEMS. Pour résumer, un saut quantitatif évident pourrait être réalisé par rapport à l’état de l’art en ce qui concerne l’assemblage de composants hybrides à l’échelle du micron, avec les bénéfices importants que l’on imagine pour l’industrie manufacturière.

Le problème industriel de ce projet vise à contribuer au microassemblage de composants hétérogènes. Dans notre vision, ceux-ci sont miniaturisés et les fonctions de validation de concepts ont été mis en évidence par les récents progrès de la nanotechnologie, telles que les nano-capteurs biomédicaux, environnementaux ou chimiques. Ce genre de produits ne peut pas entrer sur le marché car les problèmes de packaging sont trop importants. Dans ce but, nous avons l'intention de développer de nouveaux transferts, un nouveau positionnement et desnouvelles méthodes d'assemblage constituant une boîte à outils pour le microassemblage. Malgré le grand nombre d'importants d'artciles scientifiques relatifs aux nanotechnologie, des systèmes électromécaniques miniaturisés ont des difficultés pour atteindre le marché. Nous pensons que l'amélioration des systèmes d'assemblage par ce projet aidera à cette percée.

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A la croisée de l’intérêt industriel pour l’assemblage de composants micrométriques hétérogènes et de la tendance académique vers la miniaturisation, ce projet vise l’assemblage de produits embarquant des composants de taille micrométrique, issus de la recherche en nanotechnologie : capteurs chimiques et environnementaux, éléments biomédicaux … De tels produits n’atteindront leur marché qu’à la double condition de surpasser l’existant à un prix compétitif. Ceci fait peser sur la chaîne logistique, et sur le procédé d’assemblage en particulier, des contraintes de fiabilité et de coût. En effet, malgré de forts développements académiques dans le domaine des nanotechnologies, on trouve peu de produits miniaturisés incluant ces avancées. L’objectif de ce projet est de permettre ce transfert en proposant des outils d’assemblages innovants et adaptés à l’échelle du micron.

Forte de cette analyse, notre proposition dégage plusieurs originalités : (1) l’identification d’un no man’s land dimensionnel pour les produits d’une taille entre le dixième et la dizaine de microns, càd entre les techniques dites bottom-up de la chimie et des nanotechnologies et la miniaturisation dite top-down de l’industrie robotique ; (2) le choix de l’intégration de nombreuses techniques pour former une boîte à outils innovante en vue de l’assemblage à cette échelle et conforme à une description fonctionnelle du processus d’assemblage: alimentation en composants, alignement/positionnement et attachement; (3) l’innovation appliquée à chaque fonction: utilisation d'un système microfluidique pour le convoyage de composants, l'alignement et le positionnement sans contact grâce aux champs de forces électrostatique et magnétique (y compris des éléments avancés de commande non linéaire) et enfin, la comparaison quantifiée d’une famille de procédés d’attachement reposant sur des liaisons biochimiques; (4) ces travaux conduiront aux premiers assemblages réellement à l’échelle du micron.

L’environnement liquide se justifie par les effets d’échelle et les forces associées. Par ailleurs, à côté des solutions robotiques miniaturisées toujours lentes à cette échelle, les projets européens Hydromel et Golem et le projet ANR Pronomia ont permis récemment des avancées prometteuses dans le domaine de l’assemblage en environnement liquide. En outre, les objets biologiques et de nombreux procédés de microfabrication requièrent la présence de liquide. L’originalité de notre projet est de se focaliser sur des milieux liquides qui permettent l’exploitation de champ de force à courte distance. Ce projet propose l’utilisation d'un système de microfluidique pour le déplacement de composants, l’emploi judicieux de champs de forces électrostatique et magnétique pour le positionnement, ainsi que la fonctionnalisation de surface pour l’attachement.

Ce programme s’appuie sur l’expertise de trois partenaires (UPMC/ISIR, LOF et FEMTO-ST) : conception et microfabrication, microfluidique, micromanipulation et microrobotique, effets de champs, solidarisation d’origine chimique et protéinique. Il se compose de trois work packages : (1) convoyage de composants dans un système microfludique ; (2) positionnement sans contact par effet de champ et (3) attachement. Il compte en outre un quatrième workpackage assurant l’intégration des tâches et la démonstration finale.
L’innovation attendue de ce projet est le développement d’une véritable boîte à outils pour l’assemblage à l’échelle du micron. Ceci positionnerait le CNRS sur le front le plus avancé de la recherche dans ce domaine, ouvrant la voie à de nouvelles applications pour le packaging de NEMS. Pour résumer, un saut quantitatif évident pourrait être réalisé par rapport à l’état de l’art en ce qui concerne l’assemblage de composants hybrides à l’échelle du micron, avec les bénéfices importants que l’on imagine pour l’industrie manufacturière.