Thèse Recherche de Forme et Optimisation Structurelle de Robots de Tenségrité Hyper Redondants à Raideur Modulable pour l'Endoscopie H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Montpellier
École doctorale : I2S - Information, Structures, Systèmes
Laboratoire de recherche : Laboratoire d'Informatique, de Robotique et de Micro-électronique de Montpellier
Direction de la thèse : Salih ABDELAZIZ ORCID 0000000258143018
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-04T23:59:59

Les structures de tenségrité, en tant que systèmes autocontraints composés de barres rigides comprimées à l'intérieur d'un continuum de câbles, offrent des propriétés structurelles uniques en termes de légèreté et d'efficacité mécanique.

La tenségrité est principalement utilisée en robotique mobile en tant que mécanisme, et elle est donc actionnée. L'objectif principal de l'utilisation de la tenségrité dans ces robots est de modifier la raideur de contact avec le sol et de générer la locomotion, sans accorder une grande importance à la précision des déplacements. Dans notre cas, nous souhaitons utiliser la tenségrité pour une manipulation précise et contrôlée.

Cette thèse propose, par une approche intégrant recherche de forme et optimisation structurelle, de développer des robots multi-segments utilisant des modules de tenségrité. L'application visée étant l'endoscopie en chirurgie endoluminale, une hyper redondance de la structure est absolument nécessaire pour contrôler la géométrie et moduler la raideur.

La conception de tels systèmes demeure un défi scientifique élevé en raison du couplage fort entre la géométrie et les exigences de performances mécaniques, et impliquera modélisation théorique, simulation numérique et validation expérimentale.

En chirurgie endoluminale, l'objectif est d'explorer et d'intervenir à l'intérieur des lumens (oesophage, côlon) à l'aide d'un endoscope flexible équipé d'une caméra et de canaux opératoires. Cette approche mini-invasive offre des bénéfices significatifs en termes de récupération, de douleur post-opératoire et de résultats esthétiques. Cependant, la manipulation des endoscopes flexibles demeure complexe et peu intuitive, nécessitant un apprentissage long et limitant leur diffusion. Le développement d'endoscopes flexibles robotisés apparaît dès lors essentiel pour faciliter leur prise en main tout en garantissant une interaction sûre avec les tissus. Ces dispositifs doivent combiner un large espace de travail et une raideur variable : faible pour permettre une navigation sûre, élevée pour appliquer des efforts suffisants lors des gestes opératoires. La capacité à moduler cette raideur constitue ainsi un enjeu central.

La problématique de cette thèse consiste, d'une part, à définir et à optimiser la forme d'une structure robotisée fondée sur une architecture de tenségrité multi-segments, afin d'atteindre un compromis optimal entre géométrie et performances mécaniques [Averseng 2012, Bettini 2019]. D'autre part, elle vise à développer des stratégies de commandes basées modèle, permettant pour piloter la géométrie et d'en moduler la raideur.

Le premier objectif est de mettre en oeuvre une démarche de recherche de forme [Hrazmi 2021] couplée à une optimisation structurelle, afin de déterminer une architecture de tenségrité multi-segments adaptée à un environnement spécifique, notamment biologique. Cette phase de conception devra garantir la déployabilité de la structure robotisée [Rhode 2011], tout en maintenant un compromis entre la géométrie initiale et les performances mécaniques attendues, et en assurant la stabilité ainsi que le contrôle du processus de déploiement.

Le second objectif consiste de mettre en oeuvre des stratégies de commandes exploitant l'hyper-redondance intrinsèque du système. En raison du déport d'actionnement permis par l'utilisation des câbles longs, des phénomènes de frottement dans les transmissions sont inévitables. Il sera donc nécessaire d'identifier ces frottements afin de les compenser par la commande. Les lois de commande développées devront permettre à la fois de commander la géométrie du système et d'assurer la modulation de sa raideur, conférant ainsi au robot une capacité d'adaptation fonctionnelle.

Enfin, il s'agira de démontrer la faisabilité des approches proposées en s'appuyant sur des simulations numériques et des validations expérimentales.

Compétences requises :
Master ou diplôme d'ingénieur en mécanique, robotique, mécatronique.
Maitrise de la langue anglaise
Maitrise des outils mathématiques et informatiques
Programmation python, c++, matlab

Autres compétences très appréciées :
Maitrise de logiciel de simulation par éléments finis
Curiosité, autonomie, ouverture d'esprit
Intérêt pour un travail interdisciplinaire combinant robotique et mécanique des structures
Clarté et bon niveau à l'écrit