Les lois de la physique règnent de manière particulière sur le monde du très petit. C’est le cas de la tension de surface, qui se crée à l’interface entre deux milieux et qui permet, par capillarité, à une perle de rosée de se former sur un brin d’herbe ou à certains insectes de marcher sur l’eau. Cette force devient dominante à l’échelle du micromètre ou du millimètre.
Dans les recherches expérimentales en microrobotique qu’il mène à l’Institut FEMTO-ST, Antoine Barbot utilise les propriétés de la tension de surface pour articuler des robots à peine visibles à l’œil nu. Ces robots minuscules sont placés sur des supports posés en équilibre sur des gouttes de glycérine, à la manière des pattes d’insectes sur l’eau. Sous l’effet d’un champ électrique généré par des électrodes disposées sous le substrat en verre qui supporte l’ensemble, l’une des gouttes s’aplatit ; cette déformation provoque un déséquilibre de la plateforme, entraînant le mouvement du robot.
« L’ensemble du dispositif occupe une surface carrée ne dépassant pas deux millimètres de côté. Les expériences que nous avons réalisées, en montrant qu’il est possible d’obtenir un encombrement aussi faible, laissent envisager la possibilité d’aligner des centaines de microrobots en parallèle dans un même système », explique Antoine Barbot.
Une configuration intéressante notamment pour le domaine biomédical et la manipulation cellulaire, que l’action conjuguée d’un très grand nombre de microrobots permettrait d’automatiser à grande vitesse.
Le dispositif mis au point est susceptible de se décliner à différents milieux et interfaces, utilisant des bulles d’eau dans l’air, ou à l’inverse, des bulles d’air dans l’eau, pour servir d’actionneurs. Il peut également être piloté par une autre énergie que celle d’un champ électrique, par exemple par pression. Autant de possibilités explorées par Antoine Barbot et par les doctorants dont il supervise les travaux au département AS2M – Automatique et systèmes micro-mécatroniques – de l’Institut FEMTO-ST.
La tension de surface est un phénomène physicochimique bien connu des théoriciens, mis en évidence par les travaux de Laplace à la fin du XIXe siècle. Ses applications concernent aujourd’hui essentiellement la chimie, notamment le domaine du traitement de surface. « La microfabrication et les microsystèmes n’ont que peu exploré le potentiel que représente cette force à petite échelle : la théorie scientifique demande encore à être traduite pour les besoins de l’ingénierie dans ce secteur d’activité », souligne Antoine Barbot.
