« Vous connaissez l’expression "ne pas bouger d’un cil" ? Si j’avais une mire assez grosse à vous faire porter, je pourrais vous dire de combien de cils vous bougez ! »

Les chercheurs

Valérian Guelpa

Université de Franche Comté
Informatique

Des mires pour contrôler des robots au nanomètre prêt

Valérian GUELPA est doctorant au laboratoire FEMTO-ST à Besançon. Il cherche de nouvelles méthodes de mesure de position alliant précision, rapidité et compatibilité avec le micro-monde. L’enjeu est de pouvoir diriger facilement des robots aux déplacements micro, voire nanométriques en y fixant des mires, c’est-à-dire des motifs périodiques spécifiques. Observées par une caméra munie d’un microscope, ces mires permettent de mesurer des déplacements avec une précision inférieure au pixel.

Un robot ne doit pas seulement bouger, il doit être notamment capable de se déplacer à un endroit souhaité. Comme les humains se servent de leurs sens, les robots ont besoin de capteurs pour appréhender leur environnement et maîtriser leur corps. Lorsqu’il s’agit de contrôler un robot à l’échelle nanométrique, tout se complique et beaucoup de capteurs deviennent inadaptés : certains sont trop fragiles, d’autres ont du mal à atteindre des performances suffisantes. Parmi les solutions envisageables, la vision est l’une des plus flexibles : avec une caméra montée sur un microscope, il est en effet possible d’observer des déplacements minuscules.
Valérian tente d’extraire un maximum d’informations des images acquises pour mesurer des déplacements les plus petits possibles. Il utilise pour cela des motifs planaires* plus ou moins réguliers – les mires – conçus pour que leurs images informent le plus possible sur leurs positions, essentiellement grâce à la redondance d’information qu’elles présentent. En fixant une mire sur l’objet que l’on veut suivre, puis en filmant l’objet en mouvement, il est alors possible de calculer sa position avec une grande précision : une mire de 200 micromètres (un peu plus épaisse qu’un cheveu) permet de mesurer des déplacements de quelques nanomètres (une dizaine d’atomes). À notre échelle, cela reviendrait par exemple à pouvoir mesurer en direct la pousse des plantes.

Appliqué à la micro-robotique, cela permet de calibrer (ou étalonner) un robot en utilisant les mesures de position pour corriger ses défauts avant de l’utiliser, et également de contrôler les robots avec une grande précision, en effectuant les mesures en direct durant son utilisation pour s’assurer qu’il répond bien à nos commandes. Dans les deux cas, plus la mesure sera précise, plus les déplacements du robot correspondront à la commande.

* Motifs planaires : motifs dessinés sur une surface plane, en deux dimensions

Objectifs
  • Développer de nouvelles méthodes de mesure par vision grâce aux mires.
  • Calibrer et contrôler des robots aux déplacements micro ou nanométriques.
  • Mesurer précisément des déplacements 3D avec une seule caméra.