CE33 - Interaction, robotique

Nanorobotique par impression 4D : robots en bout de fibre par stéréolithographie 2-photons – PNanoBot

Résumé de soumission

Sur la base du besoin croissant de micro-nanorobots identifié dans le SRA 2014-2024 (Europe), la fabrication et le développement de dispositifs à l'échelle nanométrique et de systèmes nanoélectromécaniques qui utilisent des nanomatériaux nécessitent des nanorobots pour réaliser des positionnements, détections et assemblages avec des résolutions nanométriques. La nanorobotique est confrontée à un défi majeur et passionnant : la nécessité d'interagir avec la matière de la manière la plus localisée possible et de proposer des solutions fonctionnant dans des espaces confinés qui ne se limitent pas à des applications très spécialisées.
Pour surmonter les limites actuelles en matière de dextérité, de compacité, de portée et de précision, une solution pertinente est la fabrication de structures robotisées 3D de moins que quelques millimètres et capables de mouvements précis et dextres dans des espaces confinés où la manipulation sans contact n'est pas possible. Le projet PNanoBot vise à étudier le développement de structures nanorobotiques montées sur l'extrémité de fibres optiques et fabriquées par stéréolithographie biphotonique. L’objectif est la conception de la prochaine génération de nanorobots au comportement complexe, résultant de la combinaison d’une architecture innovante (type métamatériaux) et d’une brique matériau photo-activable afin d’offrir différents leviers de contrôle. L'actionnement est réalisé par le faisceau laser dans le cœur de la fibre en contrôlant le flux optique et la longueur d'onde. PNanoBot prévoit d'atteindre un rapport espace atteignable / volume robot au-dessus de l’état de l’art en préservant les performances robotiques requises à l'échelle nanométrique (précision et répétabilité de 10 nm).
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) le développement de la photo-thermo-multi-réactivité, (2) la modélisation multi-physique de l'actionneur et des structures actives 3D complexes qui correspondent à des blocs élémentaires (contraction, flexion et torsion), (3) la conception et la modélisation cinématique de nanorobots à connexion souple qui nécessitent une caractérisation robotique de chaque block élémentaire, l'étude cinématique de leur disposition pour obtenir des robots à plusieurs degrés de liberté, et le développement d'outils spécifiques pour la nanorobotique, et (4) le développement de 2 démonstrateurs pour la fabrication et les applications biomédicales qui mettent en évidence les performances nanorobotiques exceptionnelles obtenues dans PNanoBot.
Pour garantir le succès de PNanoBot, qui offre un défi scientifique de classe mondiale, le projet fusionne les compétences complémentaires comme la physique, la conception mécanique, la microrobotique, la science des matériaux et le processus de nanofabrication. Les partenaires - FEMTO-ST/AS2M, FEMTO-ST/MN2S, IS2M/MNMS - apportent une haute expertise dans la conception cinématique et la modélisation de nanorobots à liaisons souples, la modélisation multi-physique de structures actives 3D complexes et le développement de polymères photo-thermo-sensibles. Les partenaires apportent des équipements complémentaires : une installation modulaire et reconfigurable (IS2M) pour comprendre et optimiser les matériaux fonctionnels, une deuxième machine clé en main (FEMTO-ST) pour tester différentes architectures et prototypes en petites séries.
Les avantages économiques et sociétaux de PNanoBot sont potentiellement très importants par la création d'un nouveau paradigme nanorobotique rendant possible des applications nouvelles tant pour la fabrication que pour la médecine. Deux grands défis ont été identifiés : la caractérisation de la matière dans un environnement confiné à petite échelle et les interventions intracorporelles par le développement d'outils innovants.

Coordination du projet

Kanty Rabenorosoa (INSTITUT FRANCHE-COMTE ELECTRONIQUE MECANIQUE THERMIQUE ET OPTIQUE - SCIENCES ET TECHNOLOGIES)

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

FEMTO-ST INSTITUT FRANCHE-COMTE ELECTRONIQUE MECANIQUE THERMIQUE ET OPTIQUE - SCIENCES ET TECHNOLOGIES
IS2M Institut de Sciences des Matériaux de Mulhouse (IS2M) - UMR 7361

Aide de l'ANR 559 750 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2022 - 48 Mois

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