Thèse Modules Bistables Intégrés pour des Robots Miniatures Discrets et Frugaux 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 : Yassine HADDAB ORCID 0000000179312645 Début de la thèse : 2026-11-01 Date limite de candidature : 2026-10-12T23:59:59 La robotique miniature à l'échelle méso ouvre de nouvelles perspectives pour des applications en environnements contraints, telles que l'inspection intra ou extra tubulaire, la robotique médicale mini invasive ou l'exploration de structures complexes. Dans ce contexte dimensionnel, les approches classiques inspirées de la robotique rigide montrent rapidement leurs limites, notamment en termes de consommation énergétique, de complexité d'intégration et de sécurité d'interaction.

Les robots discrets (multi stables), construits par assemblage de modules bistables, constituent une alternative prometteuse. Ces systèmes reposent sur des éléments mécaniques possédant plusieurs états d'équilibre stables, permettant de produire des mouvements discrets par déformation structurelle (rotation, translation, etc.) à faible consommation énergétique, l'énergie n'étant requise que lors des transitions entre états, favorisant ainsi une certaine frugalité. La robustesse du système est assurée par la redondance modulaire, qui permet de compenser certaines défaillances ou incertitudes sans recours à une instrumentation lourde.

Cependant, la conception systématique de tels robots à l'échelle miniaturisée, intégrant les contraintes de fabrication, de matériaux, d'actionnement, de perception, de dynamique et d'assemblage, reste un problème largement ouvert.

L'objectif principal de cette thèse est de repenser les concepts de modules bistables pour la robotique miniature et de proposer une méthodologie complète de conception, de modélisation, de commande et de validation expérimentale de robots multistables frugaux, depuis le module élémentaire jusqu'au robot assemblé. Le travail portera aussi bien sur les fondements théoriques que sur leur confrontation expérimentale, incluant la fabrication, la caractérisation et l'intégration des modules, ainsi que la mise en oeuvre de stratégies de commande discrète adaptées à la multistabilité.

Les développements scientifiques sont organisés autour de deux niveaux complémentaires. Le niveau module sera dédié à la conception, la modélisation, l'actionnement et la caractérisation expérimentale de diverses structures bistables. Le niveau robot traitera de l'assemblage, de l'analyse dynamique et de la commande de systèmes multistables obtenus par l'association de ces modules.

À l'issue de la thèse, les résultats attendus sont :
- une bibliothèque de modules bistables frugaux, fabriqués, caractérisés et qualifiés ;
- une méthodologie de synthèse permettant de concevoir et d'assembler des robots multi stables adaptés à différentes applications ;
- un démonstrateur de robot discret tel qu'un robot mobile d'inspection intra ou extra tubulaire ou un bras manipulateur miniaturisé, pour une application industrielle ou médicale. La robotique miniature à l'échelle méso ouvre de nouvelles perspectives pour des applications en environnements contraints, telles que l'inspection intra ou extra tubulaire, la robotique médicale mini invasive ou l'exploration de structures complexes. Dans ce contexte dimensionnel, les approches classiques inspirées de la robotique rigide montrent rapidement leurs limites, notamment en termes de consommation énergétique, de complexité d'intégration et de sécurité d'interaction.
Les robots discrets (multi stables), construits par assemblage de modules bistables, constituent une alternative prometteuse. Ces systèmes reposent sur des éléments mécaniques possédant plusieurs états d'équilibre stables, permettant de produire des mouvements discrets par déformation structurelle (rotation, translation, etc.) à faible consommation énergétique, l'énergie n'étant requise que lors des transitions entre états, favorisant ainsi une certaine frugalité. La robustesse du système est assurée par la redondance modulaire, qui permet de compenser certaines défaillances ou incertitudes sans recours à une instrumentation lourde.
L'objectif principal de cette thèse est de repenser les concepts de modules bistables pour la robotique miniature et de proposer une méthodologie complète de conception, de modélisation, de commande et de validation expérimentale de robots multistables frugaux, depuis le module élémentaire jusqu'au robot assemblé. Les travaux seront menés dans le cadre d'une collaboration entre le LIRMM (Montpellier) et le CEA-LIST (Saclay) et la / le doctorant(e) effectuera ses travaux en partie au LIRMM et en partie au CEA-LIST.

Les candidat(e)s devront être titulaires d'un Master ou d'un diplôme d'Ingénieur en robotique, automatique, mécanique, mécatronique, génie mécanique ou disciplines connexes. De solides bases en modélisation mécanique et des compétences en commande seront nécessaires, tout comme un intérêt marqué pour l'innovation en robotique miniature. Des bases en programmation scientifique (par exemple Python, Matlab, ou équivalent) et en simulation numérique sont requises. Une appétence pour le travail expérimental, incluant la conception, la fabrication de prototypes (notamment via l'impression 3D) et la caractérisation de systèmes robotiques, sera fortement appréciée. Autonomie, capacité d'analyse, esprit critique et goût pour le travail pluridisciplinaire sont essentiels pour mener à bien ce travail de recherche.