Des structures nanorobotiques réalisées à partir de silice

Des chercheurs de l'Institut Femto-ST ont mis au point un procédé de fabrication de structures nanorobotiques actionnables, à partir de silice pliée à l'aide d'un faisceau d'ions focalisé. À titre de démonstration, l'équipe a fabriqué une pince pour la préhension d'objets de taille micro ou nanométrique.

Le développement des nanotechnologies en optique et électronique, mais aussi en biologie et médecine, a fait émerger un nouveau champ de recherche qui vise à réaliser des systèmes nanorobotiques capables de manipuler des objets de très petites dimensions. Mais jusqu'ici, la plupart des systèmes sont basés sur des technologies de microfabrication planaire (2D), ou, s'ils sont réalisés en 3D, restent des structures passives, non actionnables.

Des chercheurs de l'Institut Femto-ST (CNRS/Comue BFC) ont mis au point un procédé de fabrication de structures nanorobotiques tridimensionnelles actionnables, qui repose sur le pliage d'une membrane en silice, assisté par un faisceau d'ions focalisé (FIB). Ils ont montré l'efficacité de leur procédé en réalisant une pince pour la préhension de micro objets.


La pince micrométrique est réalisée par pliage d'une membrane de silice sur laquelle sont déposées des électrodes d'aluminium. Sous l'action d'un faisceau d'ions focalisés (FIB, Focused Ion Beam). Des déformations sont induites dans le matériau: la structure se plie, les électrodes d'aluminium jouant le rôle de charnières. L'application d'un courant électrique permet d'actionner la pince de manière précise et continue pour saisir ou relâcher un objet.

Les chercheurs ont acquis une compréhension fine du mécanisme de pliage assisté par FIB (notamment à l'aide de simulations numériques), ce qui leur permet de le contrôler en jouant sur les paramètres du procédé. Ainsi, l'angle de pliage varie de -70° à + 90°, tandis que l'ouverture initiale de la pince peut être adaptée à des objets dont la taille s'étend de quelques dizaines de nanomètres à quelques dizaines de microns. Les chercheurs ont utilisé leur micro-pince pour déplacer une fibre optique d'un diamètre de 6 à 8 µm. Les usinages par faisceau d'ions, ainsi que les tests et mesures, ont été réalisés sur la plateforme Robotex.

Au-delà de cette démonstration sur un cas relativement simple, le nouveau procédé ouvre la voie à la réalisation de systèmes nanorobotiques polyarticulés, dotés de plusieurs degrés de liberté. Une autre voie de recherche envisage d'intégrer au système la mesure des forces appliquées aux objets, ce qui permettrait d'augmenter la dextérité de la pince, et par exemple de saisir des matériaux mous sans les endommager.


Références:
NanoRobotic Structures with Embedded Actuation via Ion Induced Folding
Amine Benouhiba, Léo Wurtz, Jean-Yves Rauch, Joël Agnus, Kanty Rabenorosoa, and Cédric Clévy.
Advanced Materials, 23 septembre 2021.
https://doi.org/10.1002/adma.202103371