Description du sujet de thèse

Les instruments médicaux tels que les endoscopes, les cathéters et les outils d'inspection industriels sont des instruments longs et fins qui se déploient généralement par translation de leur corps par rapport à leur environnement. Ce mode de locomotion présente cependant des limites. En effet, le frottement peut conduire à des dommages des structures environnantes autour du robot. C'est notamment le cas pour des applications médicales telles que la coloscopie, où la translation du coloscope peut induire de fortes contraintes mécaniques sur les tissus et provoquer des saignements. De plus, le déploiement de tels instruments peut échouer dans des contextes industriels tels que l'inspection de réseaux de canalisations, en raison du frottement accru dans des tournants successifs des tuyaux. Pour résoudre ce challenge, des robots gonflables bio-inspirés appelés robots « vines » ont été proposés dans la littérature.

Les robots vines sont des robots gonflables bio-inspirés qui croissent à partir de leur extrémité pour se déployer. De telles caractéristiques sont rendus possible par le principe d'éversion. Ces robots sont composés d'un tube fin initialement retroussé à l'intérieur de lui-même à son extrémité. Sous l'effet d'une pression interne, le matériau stocké à l'intérieur s'inverse à l'extrémité du robot, formant alors son corps, qui reste stationnaire par rapport à l'environnement : le robot grandit. Ces robots ont été avantageusement proposés pour des applications médicales, telles que le déploiement dans le système vasculaire, dans les canaux mammaires, dans l'intestin, ainsi que pour des applications industrielles et à plus grande échelle, telles que la croissance dans des environnements granulaires, l'inspection de sites archéologiques et les opérations de recherche et sauvetage dans des décombres. La plupart des applications nécessitent un canal central pour le passage d'outils, toujours ouvert et disponible, afin de permettre un accès direct à l'extrémité du robot depuis sa base. Cela permet d'y insérer des outils pour réaliser diverses tâches. Ces tâches peuvent inclure l'utilisation de caméras et de sources lumineuses pour la visualisation d'un site, de lasers, de pinces et d'outils de coupe pour des applications chirurgicales, ou encore la transmission d'eau ou de nourriture pour des opérations de recherche et de sauvetage. Récemment, plusieurs recherches ont abordé l'inclusion d'un canal central dans les robots vines, y compris des travaux récents de notre équipe, qui permettent l'intégration d'un canal dans des robots vines miniaturisés.

Cependant, bien que les travaux précédents se soient concentrés sur le déploiement de ces robots, il a été montré dans la littérature que leur rétraction reste un défi majeur non résolu. Ce challenge empêche l'exploitation pratique ainsi que l'adoption par l'industrie de ces robots, et constitue donc un obstacle majeur à leur diffusion. En particulier, bien que les robots vines avec canal central semblent les plus utiles d'un point de vue applicatif, seule la rétraction des robots vines sans canal a été explorée à ce jour. Par conséquent, l'objectif de cette thèse sera de proposer des solutions générales multi-échelles pour la rétraction des robots vines avec canal central. Des applications dans les domaines médical et industriel seront proposées pour démontrer les avantages des solutions étudiées, dans des contextes applicatif difficiles.

Contexte de travail

Cette thèse de doctorat se déroulera au Laboratoire d’Informatique, de Robotique et de Microélectronique de Montpellier (LIRMM). Le LIRMM est une unité mixte de recherche CNRS/Université de Montpellier constituée de plus de 400 personnes dont 192 permanents. Il est organisé en 3 départements de recherche : Informatique, Robotique, Micro-électronique et en services centralisés. La personne recrutée intégrera l'équipe DEXTER appartenant au département Robotique.

Le travail de thèse sera mené en collaboration étroite avec l'Université de Californie San Diego, et avec des partenaires médicaux et industriels pour le développement et la mise en place de prototypes dans de tels environnements.

Le financement du doctorant et du matériel nécessaire à la réalisation des travaux de thèse sera assuré par le projet ANR JCJC EXTRACT.

Le candidat retenu sera idéalement issu d'un filière mécatronique, robotique, ou de conception mécanique, avec un niveau Master 2 ou ingénieur (Bac+5). Le candidat devra disposer d'un bon niveau en anglais écrit et parlé, ainsi que de bonnes capacités de communication.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

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