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Capteurs piézoélectriques souples & innovants pour interface tactile et acoustique - Capteurs multifonctions

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Autonomie et Intégration des Capteurs

Ecoles d'ingénieurs / Master 2 en nanotechnologies, physique du solide, expérimentation et simulations (COMSOL), ou mécatronicien avec des connaissances en électronique, architectures électroniques et programmation.

01-09-2021

SL-DRT-21-0205

elise.saoutieff@cea.fr

Systèmes cyberphysiques - capteurs et actionneurs (.pdf)

Le CEA a mis au point un nano capteur piézoélectrique apte à restituer des efforts mécaniques selon les 3 axes. Ce capteur est composé de nanofils de GaN obtenus par croissance organisée, lesquels présentent des propriétés piézoélectriques. Un des objets de la thèse est d'utiliser ce capteur pour former une matrice tactile et déformable via l'assemblage et l'intégration de plusieurs de ces capteurs dans un substrat souple. Cette surface tactile doit permettre ensuite de restituer les efforts/déformations appliqués en chacun de ses points via une structuration particulière de la surface et une électronique d'interrogation adaptée. Cette technologie a fait l'objet de plusieurs développements, dont une thèse, en interne CEA et avec des collaborations extérieures ; le candidat s'appuiera sur une électronique développée au laboratoire. Des efforts de compréhension et d'optimisation sont encore à poursuivre, notamment pour modéliser l'interaction entre les nanofils, la matrice et le substrat souple, l'ensemble étant sollicité par l'environnement extérieur. Pour cela le candidat pourra s'appuyer sur les compétences du laboratoire et sur des outils de simulations multi-physique mis à sa disposition. Les résultats de la modélisation permettront de dimensionner la matrice idéale (épaisseur du substrat, longueur des nano-fils, structuration de la surface, disposition des électrodes de collecte des charges?). A partir de ce dimensionnement, et à l'aide de l'équipe du laboratoire, il fabriquera un prototype qui permettra notamment de confronter les simulations avec les résultats expérimentaux. Les travaux proposés visent également à répondre à des questions fondamentales autour du couplage d'effets piézoélectriques avec les effets pyroélectriques, optique voir acoustique, intrinsèques au GaN. Les effets de la température ou du couplage piézoélectrique/pyroélectrique sur le comportement physique (et électronique) du capteur seront étudiés. Ces aspects pourront venir complémenter le modèle existant. De plus, de nombreux axes d'amélioration demeurent par l'utilisation de nouveaux matériaux qu'il conviendra de caractériser en vue de l'application (caractérisations structurale, mécanique, électrique, optique, thermique). Les applications visées sont typiquement la peau électronique pour la robotique, la mesure de textures, la reconnaissance de la forme des objets, les interfaces tactiles intégrant notamment la mesure d'effort multipoints et multi-directions et la mesure des efforts en glissement. De plus, la multifonctionnalité du capteur peut ouvrir la voie à de nouvelles applications innovantes.

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