Capteurs de déformation flexibles à base de nanomatériaux pour une stabilité accrue

Les capteurs de contrainte flexibles à base de nanoparticules (NP) trouvent des applications prometteuses dans des domaines innovants tels que les écrans tactiles flexibles, les dispositifs de santé connectés, la peau électronique et la robotique avancée. Malgré leur potentiel, ces capteurs sont traditionnellement limités par leur instabilité mécanique et une hystérésis prononcée qui compromet leurs performances. Nous proposons une solution novatrice : des capteurs sophistiqués à base de nanohélices de silice (NH) fonctionnalisées avec des nanoparticules d'or (AuNPs) pour surmonter ces défis technologiques.

La stratégie développée repose sur une approche chimique précise. Les nanoparticules d'or, fonctionnalisées avec de l'acide mercaptopropionique et stabilisées par des ratios de polymères soigneusement sélectionnés, permettent d'optimiser la stabilité colloïdale et de contrôler finement l'épaisseur isolante. Grâce à un couplage chimique innovant sur les nanohélices, ces AuNPs s'organisent spontanément selon une disposition hélicoïdale unique. Leur alignement entre des électrodes interdigitées, réalisé par diélectrophorèse, confère au capteur des propriétés remarquables : flexibilité accrue, stabilité mécanique renforcée et sensibilité optimisée.

Les résultats expérimentaux sont particulièrement prometteurs : ces capteurs démontrent une robustesse exceptionnelle, résistant à 2 millions de cycles de déformation tout en maintenant une sensibilité constante, grâce à l'architecture structurelle innovante des nanohélices de silice.

Chercheurs impliqués

Vincent Mansard, Christian Bergaud

Ingénieurs

Adrian Laborde, Fabrice Mathieu

Projets concernés

• ANR Nanoheliflex 2015-2019 avec l’IECB et l’ICMCB à Bordeaux, et la start-up Nanomade à Toulouse
• Projet Maturation SATT Aquitaine 2022-2023

Publications

Highly stable low-strain flexible sensors based on gold nanoparticles/silica nanohelices, A. Amestoy et al., ACS Applied Materials and Interfaces, 2023, 15, 33, 39480–39493

Développement de MEMS III-N sur des substrats flexibles

Ce projet vise à explorer le potentiel d'une technique de report de matériaux 2D pour fabriquer des MEMS III-N sur des substrats souples en collaboration avec l'IRL Georgia Tech-CNRS et l'IMS. De par ses propriétés uniques, à savoir une qualité cristalline intrinsèque élevée, une faible réactivité chimique, des propriétés piézoélectriques et la présence d'un gaz bidimensionnel à l'interface GaN/AlGaN utiles pour la mise en œuvre de moyens de transduction efficaces, l'utilisation d'hétérostructures III-N permet d’ouvrir la voie à une nouvelle classe de capteurs MEMS flexibles pour des applications type capteurs implantables ou pour conditions extrêmes. Traditionnellement, les MEMS III-N sont fabriqués par croissance épitaxiale sur substrat silicium, suivie d'une gravure du substrat pour créer des structures suspendues. Le procédé innovant proposé dans ce projet est basé sur la méthode d'épitaxie sélective de Van der Waals qui évite toute étape de gravure ultérieures classiquement utilisées pour créer des géométries MEMS et permet le décollage mécanique et le transfert de couches III-N structurées sur des substrats souples.

Chercheurs impliqués

Liviu Nicu, Thierry Leïchlé

Ingénieurs

Fabrice Mathieu

Projet

ANR AAPG FLEXIGAN (2023-2026) en collaboration avec l’IRL Georgia Tech-CNRS à Metz/Atlanta et l’IMS à Bordeaux.

Système sans fil pour la surveillance de la pression intracrânienne basé sur un capteur piézo-capacitif imprimé en 3D

L’augmentation de la pression intracrânienne (ICP) est un problème critique, et sa mesure continue est essentielle pour le diagnostic et l’évaluation des traitements. Cependant, les systèmes actuels reposent sur des cathéters traversant le crâne, ce qui entraîne des contraintes importantes. Ce projet vise à concevoir un système innovant de surveillance sans fil de l’ICP en temps réel. Il repose sur un capteur implantable piézo-capacitif imprimé en 3D, capable de mesurer la pression intracrânienne de manière précise et continue. Cet implant peut également être adapté pour mesurer d’autres types de pressions (ex. artérielle). Financé par le projet ANR Wisper, ce dispositif propose une nouvelle stratégie pour les implants sans fil et ouvre des perspectives novatrices pour la conception de MEMS grâce à l’impression 3D.

Site internet du projet Wispers

Chercheurs impliqués

Vincent Mansard, Constandina Arvanitis, Christian Bergaud

Ingénieurs

Pierre-François Calmon

Projet

ANR AAPG WISPERS(2023-2027) en collaboration avec l’équipe MINC LAAS-CNRS

Muscle artificiel à base de gels macroporeux actifs

Il existe un besoin croissant pour des actionneurs plus performants que les moteurs électriques, notamment avec le développement rapide de la robotique et de l’Internet des objets. Parmi les solutions prometteuses, certaines s’appuient sur des matériaux actifs capables de se déformer de manière contrôlée.

Dans notre équipe, nous explorons l’utilisation de gels intelligents souples, sensibles à des stimuli tels que le pH ou la température. Ces gels présentent des déformations très importantes, ce qui les rend particulièrement adaptés à la fabrication de muscles artificiels bio-inspirés. En ajoutant à ces gels une porosité de l’ordre de 10 à 100 µm, nous avons montré que cette approche permet de réduire considérablement le temps de réponse des gels intelligents. Grâce à cette avancée, nous avons exploré des applications potentielles, notamment la fabrication d’un muscle artificiel à contraction linéaire bio-inspirée ou d’un système numérique pour l’affichage en braille.

Chercheur impliqué

Vincent Mansard

Publications

A macroporous smart gel based on a pH-sensitive polyacrylic polymer for the development of large size artificial muscles with linear contraction, Vincent Mansard, Soft Matter, 2021, 17, 9644-9652

Development of a Soft Actuator from Fast Swelling Macroporous PNIPAM Gels for Smart Braille Device Applications in Haptic Technology, R. B. Yilmaz et al., ACS Applied Materials & Interfaces, 2023, 15, 5, 7340–7352

Système low-tech de mesure des forces de locomotion chez les insectes

Les insectes présentent une diversité fascinante de stratégies de locomotion qui leur permettent de se déplacer efficacement dans des environnements complexes. Cette capacité inspire des innovations en robotique et en science des matériaux. Bien que la cinématique des mouvements des insectes (analyse des déplacements des segments du corps) ait été largement étudiée, la dynamique (forces impliquées dans ces mouvements) reste encore peu explorée.

Dans notre équipe, nous développons un système permettant de mesurer les forces de réaction au sol (GRF), essentielles pour comprendre comment les insectes accélèrent, décélèrent ou adaptent leur locomotion en fonction des surfaces. La mesure des GRF chez les insectes, , constitue un défi en raison de la faible intensité des forces en jeu (de 1 à 100 µN). Notre nouveau système de mesure, basé sur des micro-piliers en PDMS, permet de mesurer simultanément les GRF de chaque patte avec une résolution de 1 µN, tout en couvrant une large zone d’observation (2cm). Ce système, peu coûteux et facilement adaptable, constitue une solution robuste pour l’étude de la locomotion des insectes dans divers environnements.

Chercheurs impliqués

Vincent Mansard, Christian Bergaud

Collaboration

Vincent Fourcassié, CRCA, Toulouse