Contrôle précis du mouvement à la nanoéchelle
Les actionneurs piézoélectriques semblent parfaitement convenir pour remplacer des éléments de positionnement manuel et des systèmes motorisés. Leur contrôle relativement simple et leur résolution de positionnement élevée font d'eux des outils idéaux pour commander des micro-robots et des systèmes miniatures de micro-positionnement. Face à la réduction de la taille de ces systèmes, de nouveaux concepts étaient toutefois requis pour les actionneurs piézoélectriques afin d'assurer la production en lots de petite taille et, surtout, de garantir la reproductibilité des paramètres. Dans le cadre du projet MICRON, une nouvelle méthodologie a été mise au point pour favoriser l'intégration monolithique de plusieurs actionneurs sur un substrat en céramique piézoélectrique unique par simple modélisation des électrodes. L'approche monolithique présente plusieurs avantages par rapport aux actionneurs montés individuellement et souvent utilisés dans des systèmes actionnés par inertie. Aucun usinage ou formage du substrat piézocéramqiue n'est nécessaire, ce qui permet d'éviter les problèmes d'assemblage et, ce faisant, de réduire les coûts de production. La modélisation du piézoactionneur monolithique à l'aide d'outils analytiques et numériques a permis d'étudier de manière approfondie sa configuration géométrique. Ces modèles ont montré que les fréquences de résonance étaient très élevées, ce qui permet de les utiliser à des vitesses élevées et, partant, d'obtenir une excellente dynamique au niveau des systèmes fabriqués à l'aide de cet actionneur. Au total, grâce au positionnement novateur des électrodes, le MPA peut contrôler des mouvements de quelques centimètres avec une précision de l'ordre du nanomètre. Le MPA, qui a été développé par l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne, est un piézoactionneur compact, de configuration simple et susceptible d'être intégré à des systèmes plus complexes. Les applications potentielles sont nombreuses, en particulier dans la mesure où cet actionneur peut être facilement personnalisé. Outre les dispositifs de positionnement utilisés pour la microscopie optique et électronique et la chirurgie minimale invasive, la miniaturisation des processus de fabrication et l'assemblage industriel de produits de microingénierie exigent de tels outils de manipulation à la fois abordables et hautes performances. Différentes techniques d'usinage ont par ailleurs été étudiées pour produire des prototypes d'une grande fiabilité. Les chercheurs ont principalement utilisé le découpage par laser, mais d'autres techniques d'usinage comme la gravure chimique pour la modélisation des électrodes peuvent être envisagées pour d'autres développements. L'équipe de chercheurs du Laboratoire de systèmes robotiques est à la recherche de partenaires industriels désireux d'intégrer le piézoactionneur monolithique dans leurs produits.
