Projet ANR-15-CE08-0032 – MicroTIP : Microsystème incluant des transducteurs à base de réseaux Interpénétrés de Polymères
Programme : Matériaux et procédés (DS0303) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Monsieur Eric CATTAN (Institut d'Electronique de Microélectronique et de Nanotechnologie)
Partenaires : Laboratoire public; Laboratoire public; Laboratoire public
Montant : 412164.0 euros
Date de début : 2015
Durée : 48 mois
Résumé : Les recherches et développements sur les composants électroniques compatibles avec des supports souples font actuellement émerger des produits avec de nouvelles fonctionnalités et conduisent à créer de nouveaux marchés. Cependant, les recherches concernant l’intégration de micro-transducteurs compatibles et performants sur ces supports sont peu nombreuses au niveau national et international. Les micro-transducteurs classiques ne sont pas adaptés à ces nouveaux supports car ils sont rigides et les températures requises de fabrication sont trop élevées. Cette situation laisse donc une porte ouverte aux développements de polymères électroactifs fonctionnant comme actionneur ou comme capteur pour la réalisation de microsystèmes sur support souple.
Ce projet cherche à valoriser ces matériaux, considérés dans la littérature comme des muscles artificiels, dans le domaine des microsystèmes par la réalisation de deux démonstrateurs qui exploitent les avantages des matériaux polymères ioniques. La particularité de ces matériaux est qu’ils sont légers, peu coûteux, pliables, ils peuvent être configurés dans des formes complexes et leurs propriétés peuvent aussi être adaptées à la demande, ils sont capables de produire de grandes déformations en flexion, sont actionnés avec des tensions basses (1-5V) sous air ou sous vide, et sont biocompatibles. Micro-TIP s’appuie d’une part sur un réseau de polymères interpénétrés (RIP) parfaitement maitrisé (première génération) et pour lequel des étapes d’intégration aux microsystèmes ont été validées, et d’autre part sur la création d’un nouveau matériau (deuxième génération) impliquant un électrolyte solide apportant sans conteste un saut technologique. Ce dernier sera élaboré, caractérisé et devra faire la preuve de son intégration possible dans une technologie de microfabrication. Les performances attendues seront au minimum équivalentes à celles obtenues pour le matériau de première génération. Dans Micro-TIP, nous souhaitons aussi innover sur un deuxième axe en mettant en avant les facultés de détection de ces matériaux mises en évidence sur des matériaux macroscopiques de première génération. Il s’agit là d’un domaine très peu étudié à l’international. De plus, les chercheurs impliqués dans Micro-TIP pensent que ces transducteurs auront la capacité à mieux s’adapter à des supports souples (en prévision d’une électronique souple) que d’autres types de transducteurs, et se lancent donc le défi dans ce projet de réaliser leurs démonstrateurs en privilégiant des supports souples ou semi-souples et une technologie adaptée. Un travail de modélisation original (principalement du mode actionneur) est aussi proposé afin de disposer d’une évaluation préalable des comportements de nos démonstrateurs. Ils seront fabriqués à l’aide de technologies simples faiblement "énergivores" et de préférence à bas coût. Les démonstrateurs proposés prennent en compte les facultés d’actionnement et de détection de ces matériaux dans des mécanismes complexes, opérant sous air ou sous vide, en incluant l’électronique de commande et de traitement du signal. Le premier sera un micromanipulateur à retour d’efforts pour la manipulation en environnement contraint appliquée, par exemple, au positionnement précis de composants optiques sur MEMS pour les instrumenter. Le deuxième sera appliqué à l’étude de l’endommagement et de la rupture de matériaux à l’aide d’un peigne détecteur novateur. Le souhait de Micro-TIP est de disposer en fin de projet de dispositifs suffisamment aboutis pour sensibiliser les industriels du domaine de la micro-robotique, du spatial, du biomédical… aux capacités de ces micro-muscles artificiels.
L’association du LPPI, de l’IEMN et du LISV permet d’envisager sereinement la réalisation de tels microsystèmes à base de RIP. En effet cette association permet de maîtriser toute la chaîne de conception: synthèse matériau, microfabrication et caractérisation des microsystèmes, conception des démonstrateurs.