FR3136393A1 - Micro-robot programmable et assemblage de tels micro-robots formant une structure tridimensionnelle modulable - Google Patents
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Abstract
« Micro-robot programmable et assemblage de tels micro-robots formant une structure tridimensionnelle modulable » Micro-robot destiné à faire partie d’un assemblage programmable de micro-robots formant une structure tridimensionnelle à géométrie modulable, ledit micro-robot comprend un boitier polyédrique (2), un bandeau flexible (3) comprenant un ensemble de dispositifs de fixation réversible (4), dits DFR, comprenant chacun au moins une paire d’électrodes (12) et s’étendant entre une unité de commande (5), contenue dans le boitier polyédrique et agencée pour alimenter les DFR, et au moins une partie d’une surface externe (6) du boitier polyédrique sur laquelle le bandeau flexible s’étend. Le micro-robot est agencé pour qu’au moins un DFR émette un champ électrostatique par polarisation de l’au moins une paire d’électrode de l’au moins un DRF. L’unité de commande est agencée pour activer et désactiver, individuellement et pour chacun des DFR, la polarisation de l’au moins une paire d’électrodes de l’au moins un DFR de sorte à activer ou désactiver l’émission du champ électrostatique par l’au moins un DFR. Figure pour l’abrégé : Figure 1a
Description
La présente invention appartient au domaine de la matière programmable.
La matière programmable désigne un objet physique modulaire reconfigurable.
On connaît dans l’état de la technique, le document Kirby B. T. et al., (2011), « Blinky blocks : a physical ensemble programming platform », CHI'11, Extended Abstracts on Human Factors in Computing Systems, pp. 1111-1116. Il y est décrit un ensemble de blocs millimétriques assemblables manuellement de manière réversible. Certaines propriétés des blocs, telles que l’émission d’une lumière ou d’un son, sont modifiées en fonction de l’assemblage réalisé.
Un but de l’invention est, en outre, de proposer un assemblage programmable de micro-robots :
- pouvant être commandé à distance sans manipulation ou manutention extérieure, qu’elle soit robotique ou manuelle, et/ou
- dont les micro-robots peuvent interagir physiquement et de manière autonome avec les micro-robots avoisinants, et/ou
- complétement automatisé et ne nécessitant pas de travailler dans un environnement contrôlé tel qu’une salle blanche, et/ou
- dont les micro-robots sont fabriqués indépendamment les uns des autres tout en gardant le même processus d'assemblage, et/ou
- dont les micro-robots peuvent être personnalisés et dont la programmation ou la configuration des micro-robots peut être mise à jour tout en gardant le même processus d'assemblage, et/ou
- dont les micro-robots ne comprennent aucune soudure.
- pouvant être commandé à distance sans manipulation ou manutention extérieure, qu’elle soit robotique ou manuelle, et/ou
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- dont les micro-robots peuvent être personnalisés et dont la programmation ou la configuration des micro-robots peut être mise à jour tout en gardant le même processus d'assemblage, et/ou
- dont les micro-robots ne comprennent aucune soudure.
A cet effet, il est proposé un micro-robot destiné à faire partie d’un assemblage programmable de micro-robots formant une structure tridimensionnelle à géométrie modulable. Le micro-robot comprend :
- un boitier polyédrique,
- un bandeau flexible :
● comprenant un ensemble de dispositifs de fixation réversible, dits DFR, comprenant chacun au moins une paire d’électrodes,
● s’étendant entre une unité de commande, contenue dans le boitier polyédrique et agencée pour alimenter les DFR, et au moins une partie d’une surface externe du boitier polyédrique sur laquelle le bandeau flexible s’étend.
Le micro-robot est agencé pour qu’au moins un DFR émette un champ électrostatique par polarisation de l’au moins une paire d’électrode de l’au moins un DFR.
L’unité de commande est agencée pour activer et désactiver, individuellement et pour chacun des DFR, la polarisation de l’au moins une paire d’électrodes de l’au moins un DFR de sorte à activer ou désactiver l’émission du champ électrostatique par l’au moins un DFR.
- un boitier polyédrique,
- un bandeau flexible :
● comprenant un ensemble de dispositifs de fixation réversible, dits DFR, comprenant chacun au moins une paire d’électrodes,
● s’étendant entre une unité de commande, contenue dans le boitier polyédrique et agencée pour alimenter les DFR, et au moins une partie d’une surface externe du boitier polyédrique sur laquelle le bandeau flexible s’étend.
Le micro-robot est agencé pour qu’au moins un DFR émette un champ électrostatique par polarisation de l’au moins une paire d’électrode de l’au moins un DFR.
L’unité de commande est agencée pour activer et désactiver, individuellement et pour chacun des DFR, la polarisation de l’au moins une paire d’électrodes de l’au moins un DFR de sorte à activer ou désactiver l’émission du champ électrostatique par l’au moins un DFR.
Il peut être entendu par géométrie, une conformation ou agencement spatial.
De préférence, les DFR sont répartis le long du bandeau flexible. De préférence, les DFR sont répartis sur l’ensemble de la partie de la surface externe du boitier polyédrique sur laquelle le bandeau flexible s’étend.
Il peut être entendu par unité de commande un microcontrôleur.
De préférence, chacun des micro-robots comprend une unité de commande individuelle.
De préférence, l’unité de commande est autonome. Il peut être entendu par autonome une unité de commande ne comprenant pas de batterie.
Dans la présente demande, il peut être entendu par adjacent à proximité, contigu, accolé ou en contact.
De préférence, le bandeau flexible comprend un circuit imprimé.
De préférence, le circuit imprimé relie électriquement les DFR à l’unité de commande.
De préférence, le bandeau flexible comprend une alternance de zones planes et de zones courbes.
De préférence, deux zones planes successives sont reliées entre elles par une zone courbe.
De préférence, les DFR s’étendent sur l’ensemble des zones planes. De préférence, les DFR s’étendent sur l’ensemble des zones courbes.
De préférence, le bandeau flexible comprend une couche interne dont au moins une partie est en contact avec, de préférence est fixé à, l’au moins une partie de la surface externe du boitier polyédrique.
De préférence, le bandeau flexible comprend une couche externe électriquement isolante ; la couche externe constitue une partie de la surface externe du micro-robot.
De préférence, le bandeau flexible comprend une couche intermédiaire, comprise entre la couche interne et la couche externe, comprenant un matériau conducteur électrique.
De préférence, la couche intermédiaire comprend :
- des pistes électriques formées par le matériau conducteur électrique, et
- les DFR formés par le matériau conducteur.
- des pistes électriques formées par le matériau conducteur électrique, et
- les DFR formés par le matériau conducteur.
De préférence, les pistes électriques s’étendent le long de la couche intermédiaire.
De préférence, les électrodes de l’au moins une paire d’électrodes sont adjacentes et de polarité inverse.
De préférence, une paire d’électrodes comprend au moins une électrode négative et au moins une électrode positive.
De préférence, l’unité de commande est agencée pour générer une différence de tension d’alimentation des DFR, dite haute tension, supérieure ou égale à 80 Volts, de préférence à 90 Volts, de préférence encore à 100 Volts.
Selon un perfectionnement de l’invention, l’unité de commande peut comprendre :
- au moins un générateur de créneaux agencé pour alimenter un convertisseur à pompe de charge,
- un multiplexeur, par électrode de polarité négative, agencé pour, à partir d’une tension de sortie négative du convertisseur à pompe de charge, générer une haute tension négative et un multiplexeur, par électrode de polarité positive, agencé pour, à partir d’une tension de sortie positive du convertisseur à pompe de charge, générer une haute tension positive.
- au moins un générateur de créneaux agencé pour alimenter un convertisseur à pompe de charge,
- un multiplexeur, par électrode de polarité négative, agencé pour, à partir d’une tension de sortie négative du convertisseur à pompe de charge, générer une haute tension négative et un multiplexeur, par électrode de polarité positive, agencé pour, à partir d’une tension de sortie positive du convertisseur à pompe de charge, générer une haute tension positive.
Selon l’invention, il est également proposé un assemblage programmable de micro-robots selon l’invention formant une structure tridimensionnelle à géométrie modulable.
Pour un micro-robot considéré situé à proximité d’un autre micro-robot, le champ électrostatique émis par l’au moins un DFR, du micro-robot considéré, émettant un champ électrostatique exerce une force attractive réciproque sur l’au moins un DFR, du micro-robot avoisinant le micro-robot considéré, émettant un champ électrostatique, et réciproquement, de sorte que le micro-robot considéré se déplace le long d’une partie de la surface externe formée par une couche externe du bandeau flexible de et/ou soit immobilisé contre l’autre micro-robot et/ou inversement et/ou réciproquement.
De préférence, l’assemblage programmable est constitué d’un ensemble de micro-robots.
De préférence, pour un DFR d’un micro-robot considéré, une électrode de polarité négative d’une paire d’électrode est destinée à coopérer avec une électrode de polarité positive d’une paire d’électrode d’un DFR d’un autre micro-robot, et inversement ou réciproquement.
De préférence, la force attractive réciproque qui s’exerce entre deux micro-robots adjacents est une force électrostatique s’exerçant entre, respectivement, l’au moins une électrode de polarité négative et l’au moins une électrode de polarité positive de l’au moins une paire d’électrodes d’un DFR du micro-robot considéré sur, respectivement, l’au moins une électrode de polarité positive et l’au moins une électrode de polarité négative d’un DFR d’un autre micro-robot adjacent au micro-robot considéré.
De préférence, au moins une partie, de préférence l’ensemble, de la couche externe du bandeau flexible d’un micro-robot est destinée à entrer en contact avec au moins une partie de la couche externe du bandeau flexible d’un autre micro-robot.
De préférence, les DFR s’étendent sur l’ensemble des zones planes et des zones courbes de sorte qu’un micro-robot considéré se déplace le long de couche externe du bandeau flexible d’un micro-robot adjacent au micro-robot considéré.
Ainsi, toute caractéristique du micro-robot selon l’invention est directement transposable à l’assemblage programmable de micro-robots selon l’invention et inversement.
Selon l’invention, il est également proposé un procédé de fabrication d’un micro-robot. De préférence, le micro-robot obtenu par le procédé de fabrication est destiné à faire partie d’un assemblage programmable de micro-robots formant une structure tridimensionnelle à géométrie modulable selon l’invention. Le procédé de fabrication du micro-robot comprend les étapes consistant à :
- connecter électriquement une unité de commande à un bandeau flexible plan comprenant un ensemble de dispositifs de fixation réversible, dits DFR,
- envelopper l’unité de commande et une partie du bandeau flexible adjacente à l’unité de commande d’une couche de polymère pour immobiliser l’unité de commande sur le bandeau flexible, de préférence pour solidariser l’unité de commande à la partie du bandeau flexible adjacente à l’unité de commande,
- sceller deux hémisphères d’un boitier polyédrique à l’intérieure duquel est logé l’unité de commande ; le bandeau flexible plan traverse, via une ouverture, le boitier polyédrique de sorte qu’une portion du bandeau flexible plan s’étende à l’extérieur du boitier polyédrique,
- plier et immobiliser la portion du bandeau flexible plan s’étendant à l’extérieur du boitier polyédrique de sorte qu’elle épouse la forme du boitier polyédrique et s’étende sur une partie d’une surface externe du boitier polyédrique.
- connecter électriquement une unité de commande à un bandeau flexible plan comprenant un ensemble de dispositifs de fixation réversible, dits DFR,
- envelopper l’unité de commande et une partie du bandeau flexible adjacente à l’unité de commande d’une couche de polymère pour immobiliser l’unité de commande sur le bandeau flexible, de préférence pour solidariser l’unité de commande à la partie du bandeau flexible adjacente à l’unité de commande,
- sceller deux hémisphères d’un boitier polyédrique à l’intérieure duquel est logé l’unité de commande ; le bandeau flexible plan traverse, via une ouverture, le boitier polyédrique de sorte qu’une portion du bandeau flexible plan s’étende à l’extérieur du boitier polyédrique,
- plier et immobiliser la portion du bandeau flexible plan s’étendant à l’extérieur du boitier polyédrique de sorte qu’elle épouse la forme du boitier polyédrique et s’étende sur une partie d’une surface externe du boitier polyédrique.
De préférence, l’étape consistant à sceller deux hémisphères du boitier polyédrique entre eux et/ou l’étape consistant à immobiliser la portion du bandeau flexible plan sur une partie de la surface externe du boitier polyédrique est réalisée par collage. Le collage tire avantage du phénomène de capillarité particulièrement puissant à l'échelle microscopique pour guider l'alignement des composants entre eux.
De préférence, le procédé de fabrication de micro-robot selon l’invention convient, de préférence encore est particulièrement adapté, de manière davantage préférée est conçue et de manière particulièrement avantageuse est spécialement conçue, pour fabriquer un micro-robot destiné à faire partie d’un assemblage programmable de micro-robots formant une structure tridimensionnelle à géométrie modulable.
Toute caractéristique du micro-robot selon l’invention est directement transposable au procédé de fabrication selon l’invention et inversement.
D’autres avantages et particularités de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants :
Les modes de réalisation décrits ci-après étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites, isolées des autres caractéristiques décrites (même si cette sélection est isolée au sein d'une phrase comprenant ces autres caractéristiques), si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure.
En référence aux FIGURES 1 à 6, il est présenté un mode de réalisation d’un micro-robot 1 selon l’invention. Le micro-robot 1 est destiné à faire partie d’un assemblage programmable de micro-robots 1 formant une structure tridimensionnelle à géométrie modulable. Chaque micro-robot 1 de l’assemblage comprend un boitier polyédrique 2 et un bandeau flexible 3. Le bandeau flexible 3 comprenant un ensemble de dispositifs de fixation réversible 4, dits DFR 4. Les DFR 4 s’étendent le long de l’ensemble du bandeau flexible 3. Le bandeau 3 comprend un circuit imprimé s’étendant le long du bandeau flexible 3. Le bandeau flexible 3 s’étend entre une unité de commande 5 et le long d’une surface externe 6 du boitier polyédrique 2 sur une partie de laquelle à laquelle il s’étend. Le bandeau flexible 3 est électriquement connecté à l’unité de commande 5. L’unité de commande 5 est contenue dans le boitier polyédrique 2. L’unité de commande 5 est agencée pour alimenter électriquement chacun des DRF 4 individuellement. Selon le mode de réalisation non limitatif, chaque micro-robot 1 comprend douze DFR 4.
La forme du boitier polyédrique 2, et donc la forme des micro-robots 1, doit permettre l'agrégation ou la fixation de plusieurs robots pour former un maillage dense en réduisant les espaces vides dans l’assemblage programmable. En outre, une telle forme permet également aux micro-robots 1 de se mouvoir plus facilement les uns autour, ou la surface, des autres.
Lorsqu’un premier micro-robot 1 est contigu à un deuxième micro-robot 1, un DFR 4 du premier micro-robot 1 est activé par l’unité de commande 5 du premier micro-robot 1 et un DFR 4 du deuxième micro-robot 1 est également activé de sorte qu’une force attractive réciproque soit exercée entre les DFR 4 des premier et deuxième micro-robots 1. Si aucun des premier et deuxième micro-robots 1 n’est lié à un troisième, ou à plusieurs autres, micro-robots 1, le premier micro-robot 1 peut se déplacer, le long de la partie de la surface externe du deuxième micro-robots 1 formée par le bandeau flexible 3 en direction du DFR 4 du deuxième micro-robot 1 qui est activé. Une fois face à face, les DFR 4 activés des premier et deuxième micro-robots 1 peuvent être immobilisés l’un contre l’autre. Une fois les DFR 4 des premier et deuxième micro-robots 1 immobilisés l’un contre l’autre, l’activation d’un DFR 4 voisin du DFR 4 du deuxième micro-robot 1 déjà activé, de préférence succédé par la désactivation graduelle du DFR 4 du deuxième micro-robot 1 déjà activé, va engendrer un nouveau déplacement du premier micro-robot 1 le long de la partie de la surface externe du deuxième micro-robots 1 formée par le bandeau flexible 3 en direction du DFR 4 du deuxième micro-robot 1 qui vient d’être activé.
L’activation d’un DFR 4, ou de plusieurs DFR 4, par l’unité de commande 5 d’un micro-robot 1 engendre l’émission d’un champ électrostatique par le DFR 1, ou les DFR 4. Tant que le champ électrostatique est émis, les DFR 4 en contact restent immobilisés l’un contre l’autre. La désactivation d’un DFR 4, ou l’arrêt de l’alimentation électrique d’un DFR 4, entraine le détachement des DFR 4 en contact immobilisé l’un contre l’autre.
Selon le mode de réalisation, la taille des DFR 4 est de l’ordre de 800 µm2, elle est, de préférence, inférieure ou égale au mm². Une telle taille de DFR a pour effet de tirer le meilleur parti des forces électrostatiques qui sont plus fortes à petite échelle. En outre, la taille du micro-robot 1, qui va de pair avec son poids, est de l’ordre de 3 mm selon le mode de réalisation, elle est, de préférence inférieure à 5 mm.
Le bandeau flexible 3 forme une alternance de zones planes 13 et de zones courbes 11. Deux zones planes 13 successifs sont reliés entre eux par une zone courbe 11. Le bandeau flexible 3 comprend une couche interne. Cette couche interne est en contact avec une partie de la surface externe 6 du boitier polyédrique 2.
Chaque DFR 4 est formé par au moins une paire d’électrodes 12 adjacentes de polarité inverse. La force attractive est une force électrostatique exercée par une ou plusieurs électrodes 12 de polarité négative d’un DFR 4 d’un premier micro-robot 1 sur au moins une électrode 12 de polarité positive d’un DFR 4 d’un autre micro-robot avoisinant le premier.
Le bandeau flexible 3 comprend également une couche intermédiaire comprise entre la couche interne et la couche externe. Cette couche intermédiaire comprend un matériau conducteur électrique. Le matériau conducteur électrique de la couche intermédiaire forme des pistes électriques alimentant l’ensemble des DFR 4 d’un micro-robot 1. Le matériau conducteur électrique de la couche intermédiaire forme également les DFR 4.
Le bandeau flexible 3 comprend également une couche externe électriquement isolante. Cette couche externe a pour effet d’éviter un court-circuit entre deux DFR 4 de deux micro-robots 1 accolés et fixés entre eux. Lorsque deux DFR 4 de deux micro-robots 1 sont accolés et fixés entre eux, la partie de la couche externe du bandeau flexible 3 de chacun des deux micro-robots 1 en question est destinée à entrer en contact avec au moins une partie de la couche externe du bandeau flexible d’un autre micro-robot,
Selon un mode de réalisation non limitatif, l’ensemble des micro-robots 1 destinés à former l’assemblage ou formant l’assemblage sont empilés ou reposent sur un socle creux qui sert de réserve de micro-robots 1. Le socle peut être relié à une à une unité centrale comprenant un processeur. Selon un mode de réalisation non limitatif, une base du socle comprend un maillage de DFR 4. Chaque DFR 4 du socle constitue une zone de fixation d’un DFR 4 d’un micro-robot de l’assemblage. La base du socle peut former une grille.
Le socle reçoit des informations concernant la forme de l’assemblage à assembler. Les informations sont transmises de proche en proche d’un micro-robot 1 à un micro-robot 1 contigu contre lequel il est immobilisé. Les informations transitent entre deux DFR 4 en contact immobilisés l’un contre l’autre. L’information circule ainsi depuis le socle vers l’ensemble de l’assemblage programmable.
Les micro-robots 1 sont ainsi liés par couplage capacitif depuis le socle puis de micro-robot 1 à micro-robot 1. Selon le mode réalisation, un signal digital modulé par le socle est transmis colonne de micro-robot 1 par colonne de micro-robot 1. Chaque micro-robot 1 de l’assemblage ainsi reçoit le signal. Par exemple, chaque micro-robot 1 démodule le signal qu’il reçoit puis le remodule pour le transférer à tous ses voisins dans la direction du signal. De préférence, chaque robot embarque une machine à états finis agencée pour traiter ces signaux et activer ou désactiver un ou plusieurs de ses DFR 4 en fonction du plan d'assemblage prédéfini.
Pour changer la configuration de l’assemblage, le socle envoi un nouveau signal, différent du précédent, sur l’ensemble ou uniquement sur une partie des coordonnées de la grille correspondant aux colonnes de micro-robots 1 dont l'état doit être modifié.
En référence à la , il est présenté un mode de réalisation du circuit électronique de l’unité de commande 5 d’un micro-robot 1. L’unité de commande 5 comprend, entre autres, un ensemble de générateur de créneaux 7, noté RO, agencés pour alimenter un convertisseur à pompe de charge. L’unité de commande comprend, en outre, un multiplexeur 9, par électrode 12 de polarité négative, agencé pour, à partir d’une tension de sortie négative, notée VN, du convertisseur à pompe de charge, générer une haute tension négative, notée Nn. L’unité de commande 5 comprend, en outre, un multiplexeur 10, par électrode 12 de polarité positive, agencé pour, à partir d’une tension de sortie positive, notée Vm, du convertisseur à pompe de charge, générer une haute tension positive, notée Pn. La différence de tension délivrée par l’unité de commande est de l’ordre de 100 Volts selon le mode de réalisation.
On observe sur la les pompes de charge positives et négatives, générant respectivement -40V et 70V. Pour obtenir une faible puissance, la génération du signal d’horloge utilise un générateur de créneaux 7, modulé par la tension de polarisation VBP/VBN. Selon le mode de réalisation, l’unité de commande comprend douze multiplexeurs haute tension négative 9 et douze multiplexeurs haute tension positive 10 qui sélectionnent les tensions positives et négatives appropriées à partir des sorties de la pompe de charge pour l'actionnement électrostatique et permettent de surmonter plusieurs défis de circuit électronique.
Cette réalisation permet de charger une fois seulement le convertisseur à pompe de charge à l’initialisation du micro-robot 1, et de connecter ou déconnecter les DRF 4 par un circuit indépendant, garantissant agilité et rapidité du basculement, et réduit les pertes d’énergie liées aux fuites lors du chargement et déchargement du convertisseur à pompe de charge.
Pour la haute tension positive, les signaux de commande des portes de passage S1 - Sm sont décalés en niveau. Pour une porte de passage PMOS donnée correspondant à une tension de sortie positive, les corps S1 - Sm doivent être connectés à V1 - Vm, ce qui entraîne un courant de diode de polarisation directe important DDB lorsque la tension de sortie sur Pn est supérieure à celle des nœuds internes V1 - Vm. Les diodes D1 - Dm ont pour effet de bloquer ce courant. Les diodes D1 - Dm sont disposées en série pour égaliser leur état de polarisation inverse, abaissant le potentiel de tension de diode et réduisant leur fuite à des niveaux inférieurs au picoampère.
Lorsqu'un commutateur de tension, noté Si où i varie de 1 à m, augmente la tension de sortie de Pn, tirant une grande charge d'appel de la pompe de charge, Vi et d'autres tensions d'électrode 12 s’effondrent. Par conséquent, le taux de transfert de charge de V1 - Vm à Pn doit être soigneusement limité pour garantir des tensions stables à toutes les électrodes 12 contenues dans les DRF 4. Un commutateur SP et un condensateur CP sont utilisés pour résoudre ce problème en créant une résistance équivalente modulée par la fréquence du commutateur SP. SP est commuté sans chevauchement avec Si pour éviter un chemin direct de Vi à Pn jusqu'à ce que Pn se soit stabilisé. Le signal de commande pour SP est également décalé en niveau. Étant donné que la tension VSMP sur CP change rapidement pendant un cycle de transfert de charge, il ne peut pas être suivi par un décaleur de niveau. SP est implémenté avec un transistor NMOS et son signal de commande est décalé en niveau par rapport à VPn, qui est lent et peut être suivi. Pour des raisons similaires, S1 - Sm sont implémentés avec des transistors PMOS et leurs signaux de commande sont décalés de Vi.
Avec l'ajout des diodes D1 - Dm, la pompe de charge ne peut que tirer la tension de sortie Pn vers le haut. Sans courant de charge CC, la tension sur Pn diminuera extrêmement lentement par fuite. Par conséquent, un chemin de décharge intentionnelle est également implémenté avec une résistance de commutation SD1, SD2 et CD. En utilisant la tension d'alimentation régulière pour contrôler les commutateurs SD1 et SD2, le transfert de charge vers CD (VDD-Vth) par cycle est limité, et Pn se décharge progressivement. Lorsqu'ils ne se déchargent pas, SD1 et SD2 sont éteints, ce qui réduit fortement les fuites.
En utilisant la même approche pour la pompe à charge négative, les commutateurs Sp, SD1 et SD2 devraient être des PMOS, ce qui n'est pas possible car leur puits n, connecté à la tension négative Nn, court-circuiterait Psub via la diode. Un multiplexeur plus simple qui sélectionne entre Vn et GND a donc été implémenté. Dans ce multiplexeur, le décaleur de niveau pour Sn est référencé à Vn puisqu'il s'agit d’une tension stable. Le transfert de charge entre Vn et Nn est limité par la polyrésistance Rn. Lorsque Sn est désactivé, la tension de source de Sn est Vs, Sn est égal à Vn tandis que Vd, Sn est égal à Nn qui est égal à zéro Volt. Lorsque Sn est activé, le décaleur de niveau applique une tension de porte Vg, Sn est égal à la différence de tension Vn moins VDD et la tension de source de Sn montera rapidement jusqu'à la tension Vn moins VDD moins Vth, éteignant l'interrupteur et auto-limitant le transfert de charge. Vs, Sn chutera ensuite lentement au fur et à mesure que la charge s'écoule à travers Rn, réactivant Sn et transférant la charge de Nn à Vn de manière contrôlée. Le multiplexeur négatif 9 fournit une sélection de tension différentielle de l’ordre de 40 V tandis que multiplexeur positif 10 fournit un contrôle avec un pas de l’ordre de 3 V. Pour permettre une valeur de VN dépendante de l'application, elle est déterminée par une connexion câblée entre la sortie négative de la pompe (V-1à V-13) et Vn.
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention.
De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l’invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres.
Claims (10)
- Micro-robot (1) destiné à faire partie d’un assemblage programmable de micro-robots formant une structure tridimensionnelle à géométrie modulable, ledit micro-robot comprend :
- un boitier polyédrique (2),
- un bandeau flexible (3) :
● comprenant un ensemble de dispositifs de fixation réversible (4), dits DFR, comprenant chacun au moins une paire d’électrodes (12),
● s’étendant entre une unité de commande (5), contenue dans le boitier polyédrique et agencée pour alimenter les DFR, et au moins une partie d’une surface externe (6) du boitier polyédrique sur laquelle le bandeau flexible s’étend ;
le micro-robot est agencé pour qu’au moins un DFR émette un champ électrostatique par polarisation de l’au moins une paire d’électrode de l’au moins un DRF ;
l’unité de commande est agencée pour activer et désactiver, individuellement et pour chacun des DFR, la polarisation de l’au moins une paire d’électrodes de l’au moins un DFR de sorte à activer ou désactiver l’émission du champ électrostatique par l’au moins un DFR. - Micro-robot (1) selon la revendication 1, dans lequel le bandeau flexible (3) comprend un circuit imprimé reliant électriquement les DFR (4) à l’unité de commande (5).
- Micro-robot (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le bandeau flexible (3) comprend une alternance de zones planes (13) et de zones courbes (11) ; deux zones planes successives sont reliées entre elles par une zone courbe.
- Micro-robot (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le bandeau flexible (3) comprend :
- une couche interne dont au moins une partie est en contact avec l’au moins une partie de la surface externe (6) du boitier polyédrique (2),
- une couche externe électriquement isolante ; la couche externe constitue une partie de la surface externe du micro-robot,
- une couche intermédiaire, comprise entre la couche interne et la couche externe, comprenant un matériau conducteur électrique. - Micro-robot (1) selon la revendication 4, dans lequel la couche intermédiaire comprend :
- des pistes électriques formées par le matériau conducteur électrique, et
- les DFR (4) formés par le matériau conducteur. - Micro-robot (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les électrodes (12) de l’au moins une paire d’électrodes sont adjacentes et de polarité inverse.
- Micro-robot (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’unité de commande (5) est agencée pour générer une différence de tension d’alimentation des DFR (4), dite haute tension, supérieure ou égale à 80 Volts.
- Micro-robot (1) selon la revendication 7 prise en combinaison avec la revendication 6, dans lequel l’unité de commande (5) comprend :
- au moins un générateur de créneaux (7) agencé pour alimenter un convertisseur à pompe de charge,
- un multiplexeur (9), par électrode (12) de polarité négative, agencé pour, à partir d’une tension de sortie négative du convertisseur à pompe de charge, générer une haute tension négative et un multiplexeur (10), par électrode (12) de polarité positive, agencé pour, à partir d’une tension de sortie positive du convertisseur à pompe de charge, générer une haute tension positive. - Assemblage programmable de micro-robots (1) selon l’une des revendications 1 à 8 formant une structure tridimensionnelle à géométrie modulable, lesdits micro-robots comprennent chacun :
- un boitier polyédrique (2),
- un bandeau flexible (3) :
● comprenant un ensemble de dispositifs de fixation réversible (4), dits DFR, comprenant chacun au moins une électrode,
● s’étendant entre une unité de commande (5), contenue dans le boitier polyédrique et agencée pour alimenter les DFR, et au moins une partie d’une surface externe (6) du boitier polyédrique sur laquelle le bandeau flexible s’étend ;
pour chacun des micro-robots, au moins un DFR est agencé pour émettre un champ électromagnétique par polarisation de l’au moins une électrode de l’au moins un DRF et, pour un micro-robot considéré situé à proximité d’un autre micro-robot, le champ électrostatique émis par l’au moins un DFR, du micro-robot considéré, émettant un champ électrostatique exerce une force attractive réciproque sur l’au moins un DFR, du micro-robot avoisinant le micro-robot considéré, émettant un champ électrostatique, et réciproquement, de sorte que le micro-robot considéré soit déplacé vers et/ou immobilisé contre l’autre micro-robot et/ou inversement et/ou réciproquement ;
l’unité de commande est agencée pour activer et désactiver, individuellement et pour chacun des DFR, la polarisation de l’au moins une paire d’électrodes de l’au moins un DFR de sorte à activer ou désactiver l’émission du champ électrostatique par l’au moins un DFR. - Procédé de fabrication d’un micro-robot (1) selon l’une des revendications 1 à 8, ledit micro-robot étant destiné à faire partie d’un assemblage programmable de micro-robots formant une structure tridimensionnelle à géométrie modulable selon la revendication 9, ledit procédé comprenant les étapes consistant à :
- connecter électriquement une unité de commande (5) à un bandeau flexible (3) plan comprenant un ensemble de dispositifs de fixation réversible (4), dits DFR, comprenant chacun au moins une paire d’électrodes (12),
- envelopper l’unité de commande et une partie du bandeau flexible adjacente à l’unité de commande d’une couche de polymère pour immobiliser l’unité de commande sur le bandeau flexible,
- sceller deux hémisphères d’un boitier polyédrique (2) à l’intérieure duquel est logé l’unité de commande ; le bandeau flexible plan traverse, via une ouverture, le boitier polyédrique de sorte qu’une portion du bandeau flexible plan s’étende à l’extérieur du boitier polyédrique,
- plier et immobiliser la portion du bandeau flexible plan s’étendant à l’extérieur du boitier polyédrique de sorte qu’elle épouse la forme du boitier polyédrique et s’étende sur une partie d’une surface externe (6) du boitier polyédrique.
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| FR2205640 | 2022-06-11 | ||
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| WO2023237765A1 (fr) | 2023-12-14 |
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