Vous devez être connecté pour accèder à cette archive.

Se connecter
X
Côté recherche

Assemblage microrobotique sous microscope électronique à balayage

Publié le 04 septembre 2018 par Patrick RENARD
Source : AFP - Sébastien Bozon

Présentée sur Micronora, une micro-maison a été assemblée à l’extrémité d’une fibre optique plus fine qu’un cheveu grâce à la plate-forme µRobotex. Femto-ST prévoit des applications médicales avec la détection de niveaux de radiation ou de molécules virales.

Unique en Europe et opérationnelle depuis 2014, la plateforme µRobotex est gérée par le département AS2M de l'Institut Femto-ST, hébergé à L'École nationale supérieure de mécanique et des microtechniques (ENSMM) de Besançon. Financée dans le cadre des investissements d’avenir (PIA) et par la région Franche-Comté, μRobotex fait partie du réseau national de plates-formes expérimentales de robotique Robotex qui constitue un "équipement d’excellence" (ANR-10-EQPX-44-01).

Cette plateforme combine plusieurs technologies existantes avec l’originalité d’intégrer un système robotique inédit 6 axes de très haute résolution dans un microscope électronique à balayage (MEB). Cela permet de construire des microstructures en 3D dans une chambre à vide et de fixer les composants sur des pointes de fibres optiques avec une précision nanométrique.

La micro-maison a été construite par coupage, pliage et assemblage selon la technique de l'origami.

En l’occurrence, les chercheurs ont pu réaliser, en origami, une maison de 20 x 10 x 15 µm à l'extrémité d'une fibre optique clivée de 120 μm de diamètre, selon un procédé de pliage du verre, de la silice et d’autres cristaux. Cette prouesse pourra être observée en exclusivité par les visiteurs de Micronora, grâce à un MEB installé dans le pavillon "Zoom Industrie 4.0" du salon.

Cette capacité nouvelle à construire des microstructures à l'aide d'actionneurs robotisés permet principalement d’envisager l’installation d’éléments de détection miniaturisés sur les pointes de fibre optique. Avec cette avancée, des fibres optiques aussi fines que les cheveux humains peuvent être insérées dans des endroits inaccessibles comme les vaisseaux sanguins pour détecter des niveaux de radiation ou des molécules virales, sans avoir besoin de faire des prises de sang.

Les chercheurs de Femto-ST espèrent repousser les limites de la technologie, en construisant des structures encore plus petites et en les fixant sur des nanotubes de carbone de seulement 20 à 100 nanomètres de diamètre.

µRobotex en détails

La plate-forme combine :

  • un microscope électronique à balayage et sa platine de manipulation 6 axes,
  • une colonne FIB (Focused Ion Beam) associée à un injecteur de gaz,
  • un micro-robot 6 axes à 6 degrés de liberté (3 translations et 3 rotations), de résolution nanométrique
  • un interféromètre laser infrarouge
  • une sonde d’analyse élémentaire ESB, pour une meilleure détection des éléments dopants
  • un manipulateur à 3 degrés de liberté qui fonctionne en boucle ouverte
  • une pince (Femto Tools)

L’originalité de µRobotex réside dans l’intégration d’un système robotique inédit 6 axes ultra-haute résolution dans un MEB. La plate-forme allie ainsi une capacité de positionnement dans l’espace d’une très grande précision et un grossissement impossible à obtenir avec un système optique classique.

La colonne de microscopie MEB (Auriga 60 de Zeiss) assure les fonctions d’imagerie et de dépôt de couches de matériaux assisté par faisceau d’électrons. La colonne FIB (Orsay Physics) fait office de "chalumeau", avec les fonctions de découpe, d’usinage, de pliage, de soudage, de dépôt, mais aussi d’imagerie. L’injecteur de gaz (Omnigis d'Oxford Instrument) permet une gravure profonde à l’aide de Xenon Fluor et le dépôt de platine et de carbone en combinaison avec le FIB à moyenne puissance (procédé IBAD). La chambre à vide, de grand volume (60 x 60 x 60 cm3), intègre le robot SmartAct piloté en boucle fermée (quelques nanomètres), le manipulateur Kleindiek et la platine du microscope. La pince Femto Tools assure les fonctions de préhension et de mesure de force. L’interféromètre permet de mesurer les vibrations. Un compensateur de charges est utilisable pour l’imagerie d’échantillons non conducteurs. Enfin, un sas d'entrée/sortie permet de gagner du temps pour l’introduction et l'extraction des échantillons sous vide.

Une commande pilote simultanément le robot (avec synchronisation des axes toutes les 500 μs à une résolution de quelques nanomètres) et la combinaison MEB/FIB/Injecteur de gaz. Les tâches sont automatisables (avec asservissement visuel ou par téléopération) et parfaitement reproductibles puisque le robot fonctionne en boucle fermée.

Le positionnement à 54° l’un par rapport à l’autre du faisceau d’électrons et du faisceau d’ions offre une vue stéréoscopique de la scène d’assemblage, qui permet des positionnements relatifs des nano-composants dans toutes les directions.

Fleuron du savoir-faire franc-comtois, la plate-forme μRobotex est accessible aux universitaires et aux partenaires industriels pour leurs projets et leurs développements. Elle a déjà permis de réaliser de nombreux dispositifs, aussi bien à destination de la recherche que du monde industriel, en particulier dans le secteur de l’horlogerie de précision.

A voir sur le Zoom Industrie 4.0 (Entrée Nord 1) et le stand 603 - Hall C de Micronora 2018.


www.femto-st.fr

Mots-clés :

A lire aussi