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Apport à distance de l'énergie et de la commande à des micro-convoyeurs intelligents – READMI

Micro-convoyeurs intelligents pour une micro-usine reconfigurable

Le projet READMI est une contribution à la gestion raisonnée de l’espace et de l’énergie consommés par la fonction de micro-convoyage dans une micro-usine intelligente. Il s'intéresse principalement à la conception de micro-convoyeur constitués de réseaux de micro-actionneurs numériques commandés et alimentés à distance par moyens optiques.

Micro-convoyeurs intelligents à alimentation et commande à distance et récupérateurs d’énergie intégrés

La reconfiguration rapide des flux de production imposée par la diversité des micro-produits fabriqués est un des enjeux majeurs dans les travaux actuels portant sur la définition de l’usine intelligente de dimension réduite (Micro-usine). En conséquence l’objectif du projet READMI est de traiter la problématique de l'apport d'énergie et du pilotage à distance de micro-convoyeurs intégrant un grand nombre de micro-actionneurs répartis de manière structurée sur la surface de transit, leur fonctionnement collectif et ordonné permettant des flux de micro-pièces librement dans l’espace de la micro-usine entre ses îlots. En outre, l’intégration de fonctions additionnelles (détection de l’état de fonctionnement des micro-actionneurs et transmission à distance de ces états), alimentées par des dispositifs de récupération d’énergie intégrés dans les micro-actionneurs, est proposée, ceci augmentant l'intelligence du micro-convoyeur sans augmentation de consommation énergétique ni de connectique. READMI se veut donc être une contribution à la gestion raisonnée de l’espace et de l’énergie consommés par la fonction de micro-convoyage dans une micro-usine intelligente.

Afin de traiter la problématique du micro-convoyage reconfigurable selon la nature des micro-produits à assembler, les partenaires proposent une limitation voire une suppression de la connectique des micro-actionneurs constitutifs selon deux axes : 1/ en développant des principes de micro-actionnement numériques (à 2 ou 4 positions stables prédéfinies) ne nécessitant pas de capteurs pour le contrôle des pas de déplacement réalisés, 2/ en développant une commande ou/et une alimentation par laser permettant un fonctionnement sélectif des micro-actionneurs numériques vis-à-vis de la longueur d’onde. Dans la première approche, l’apport des microtechnologies est déterminant pour assurer la réalisation de pas de déplacement de valeur répétable et ainsi lever le verrou technologique. Pour la seconde approche, la difficulté principale vient de l’intégration de matériaux actifs, agissant comme des « pousseurs », à proximité de partie mobile du micro-actionneur éclairé et de rendre sélectifs ceux-ci sur le plan optique. Des techniques de dépôts de couches minces (incluant une modélisation) sont mises en œuvre pour permettre un filtrage optique sélectif des matériaux actifs.

Un prototype de micro-convoyage à base de micro-actionneurs électromagnétiques a été développé et démontré sur le transfert de micro-pièces d’horlogerie. Sa commande à distance (reposant sur un brevet en cours) a été validée et ce lien optique peut trouver des applications au sens large dans le domaine de la communication entre systèmes, ceci pouvant générer des actions potentielles à court terme avec un industriel identifié. L’activité de récupération d’énergie intégrée dans les micro-actionneurs a généré quant à elle un partenariat international structurant sur le moyen terme (sur 4 ans).

Le brevet pris par les partenaires UTC-Roberval et UPJV-LPMC au cours du projet READMI peut à court terme générer une activité partenariale dans le domaine de la communication à haut débit entre systèmes mobiles (des véhicules). Un acteur économique a été identifié lors d’une phase de recherche de partenaires par la SATT Lutech. Les moyens d’interaction envisagés sont la cession de licence d’exploitation ou encore un partenariat direct avec versement de royalties.
Pour le partenaire USMB – SYMME, la voie de la cession de licence d’exploitation est privilégiée sur les actifs PI en cours relatifs à l’alimentation de microsystèmes au moyen de récupérateurs d’énergie miniatures. Deux industriels ont été identifiés durant l’étude de marché qui a fait suite au projet de pré-maturation.
En cours de projet, l’UTC (Laboratoire Roberval) a rejoint l’U-PSUD (C2N) dans le groupement de recherche international NAMIS (GDRI) soutenu par le département INSIS du CNRS. Grâce à cette entrée dans ce réseau, la recherche de partenaires sur la thématique du micro-convoyage ou des applications en micro-mécatronique à base de réalisations issues des micro-technologies se trouve grandement facilitée. La qualité scientifique des partenaires permet d’envisager un effet levier pour la recherche de financement européen (H2020 et futur FP9). Des appels sur les années 2019 et 2020 ont été identifiés dans les champs de la « microrobotique autonome » et de « l’Usine du Futur ».
Les travaux menés dans le cadre du projet sur la récupération d’une partie de l’énergie consommée pour l’alimentation des micro-actionneurs par vibrations mécaniques a permis à l’UTC de développer une action avec le CNRS Libanais sur la thématique du « mix énergétique » entre plusieurs sources d'énergies (vibration, optique) dans les microsystèmes. Ce partenariat aboutira en juin 2018 à un démarrage de thèse et sera l’occasion de poursuivre les travaux initiés par les partenaires UTC et USMB durant le projet READMI.

Deux thèses ont été soutenues à l’Université de technologie de Compiègne (octobre 2015) et à l’Université Paris Sud (juillet 2017) dans le cadre du projet READMI. Trois publications dans des revues internationales ont été publiées et trois le seront très

Le projet READMI s'intéresse principalement à la problématique de l'apport d'énergie et du pilotage, tous deux à distance, de systèmes mécatroniques, à actionneurs multiples, aux échelles méso ou microscopique. Ces fonctions sont généralement assurées de façon filaire et la connectique associée est un problème récurrent dans les systèmes fortement miniaturisés. Les travaux développés dans le cadre du projet READMI s’insèrent dans le contexte de la micro-usine (Microfactory / Desktop Factory) dans lequel la flexibilité spatiale et fonctionnelle des postes de fabrication et/ou d’assemblage sont des fonctionnalités essentielles. Pour permettre cette flexibilité, les partenaires proposent ainsi de développer des principes d’actionnement numériques, aux échelles méso et microscopique, permettant de s'affranchir au maximum de la connectique dans l'environnement du système mécatronique actionné, et qui, de par leur principe de fonctionnement, ne nécessitent pas de capteurs asservissant continûment leur position. La commande, intelligente, permettra de piloter de façon sélective les actionneurs en fonction de la longueur d'onde des radiations incidentes, ou de combinaison en couple, trio … chaque actionneur devenant actif pour un stimulus spectral spécifique. En outre, les partenaires du projet READMI proposent d'intégrer des fonctions additionnelles dans ces méso ou micro-actionneurs, augmentant ainsi l'intelligence du système (détection de position et communication à distance de cette position), sans ajout de connectique et sans surconsommation excessive d’énergie, grâce à des détecteurs « bas niveau » intégrés au système et disposant de modules miniatures de communications sans fils ou encore de dispositifs de récupération d’énergie, d’origine mécanique ou optique, pour les alimenter.
A titre de démonstration, ces principes de pilotage et d’alimentation à distance seront appliqués à la problématique du méso ou micro-convoyage dans un contexte de micro-usine. L'objectif à long terme est de fournir des solutions de convoyage intelligent de micro-pièces entièrement libre de connectique et autonome sur plan énergétique. Pour cela, les partenaires s'appuieront sur des travaux existants et sur leurs expertises complémentaires (conception de systèmes mécatroniques basés sur des méso-actionneurs numériques, conception de filtres optiques en couches minces, développement de micro-sources de récupération et de stockage d'énergie, techniques de microfabrication).
Des démonstrateurs reposant sur deux technologies différentes seront produits : l’une à base d’actionneurs électromagnétiques numériques pilotés par des moyens optiques spectralement sélectifs et l’autre constitués de structures bistables actionnés par alliages à mémoire de forme à réponse spectrale sélective. Un démonstrateur électromagnétique microfabriqué permettra de valider, dans un premier temps, le principe de pilotage à distance rendu possible par l’utilisation de photodétecteurs dont les cadrans indépendants seront rendus sélectifs vis-à-vis d’une longueur d’onde. Deux autres démonstrateurs, basés sur la technologie des méso ou micro-actionneurs bistables, actionnés par des alliages à mémoire de forme, seront également développés, cette technologie étant plus adaptée à un apport d’énergie à distance couplé au pilotage sans fils (solution « totalement « non connectée »). Le premier de ces démonstrateurs permettra de valider, à l’échelle microscopique, le couplage de l’alimentation et du pilotage sans l’utilisation de fils dans l’espace de travail du micro-actionneur, alors que le second, à l’échelle mésoscopique, permettra de valider les principes de détection et transmission par moyens radiofréquences des informations de position ainsi que la fonction de récupération d’énergie, d’origine mécanique, basée sur une technologie piézoélectrique ou d'origine optique (conversion photoélectrique).

Coordinateur du projet

Monsieur Frédéric LAMARQUE (Laboratoire Roberval)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

UPJV Laboratoire de Physique de la Matière Condensée - EA 2081
SYMME Laboratoire SYstèmes et Matériaux pour la MEcatronique - EA 4144
PSUD/IEF Institut d'Electronique Fondamentale
UTC Laboratoire Roberval

Aide de l'ANR 485 750 euros
Début et durée du projet scientifique : octobre 2013 - 42 Mois

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