Conception, modélisation et commande des systèmes microrobotiques

Les avancées des trois décennies précédentes en matière de microtechnologies ont conduit à la réalisation de systèmes de plus en plus intégrés et aux dimensions de plus en plus réduites. Intervenir directement sur ces éléments « micros » à l'aide de processus macroscopiques est extrêmement délicat. La difficulté à manipuler des objets microscopiques à l'aide d'actionneurs macroscopiques avait déjà été soulignée par W.S.N. Trimmer dans un article visionnaire publié il y a plusieurs décennies déjà (1989). Cet article décrivait très bien les difficultés de la manipulation d'objets de dimensions millimétriques – en l'occurrence des chips électroniques – à l'aide d'un robot de taille métrique :

« Cette différence d'un millier de fois entre la taille d'un macro-robot et du chip est équivalente à utiliser un bulldozer pour déplacer un morceau de sucre. La précision correspondante requise est équivalente à positionner ce morceau de sucre avec une précision de l'épaisseur d'un cheveux ».

Cette comparaison illustre bien le fait qu'utiliser des systèmes de manipulation d'un ordre de grandeur comparable à l'objet manipulé est souvent désirable, voire nécessaire pour certaines applications de la microrobotique. Les gains attendus ne le sont pas seulement en termes de précision, mais également en termes de prix, de consommation/rendement, ainsi qu'au niveau de la place à gagner dans les « environnements d'accueil », notamment dans les salles blanches où sont réalisés les microsystèmes ou dans les chambres des microscopes électroniques à balayage (MEB) où sont réalisées certaines applications de micromanipulation.

De nombreux laboratoires de recherche se sont lancés dans l'aventure de la microrobotique dès le milieu des années 1990 et les nombreux progrès réalisés depuis font désormais de la microrobotique une science relativement mature. Cet article se propose d'en décrire les principaux éléments et quelques réalisations emblématiques au niveau mondial. Après avoir présenté les problématiques propres à la microrobotique vis-à-vis de la robotique classique, cet article décrira les principales architectures et composants constituant une station microrobotique. En particulier, des éléments de conception, de modélisation et de fonctionnement seront exposés avec, notamment, un focus sur les structures et l'actionnement en microrobotique. Le problème de l'intégration et de la commande sera finalement abordé. Ces différents thèmes seront illustrés par des exemples issus de l'industrie microrobotique ou de la recherche académique.