DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un dispositif de propulsion et de pilotage d’une microstructure, par exemple un tube flexible mobile tel qu’un stent ou un cathéter, ou encore un microrobot, destiné à se déplacer dans un fluide, notamment dans un vaisseau d’un sujet, tel qu’une artère ou une veine, ou dans un organe d'un sujet, tel qu’un cerveau, un cœur, un foie, un pancréas, etc. Un tube flexible mobile ou un microrobot peuvent être utilisés pour effectuer des opérations biomédicales diverses, en particulier dans le cadre de chirurgies mini-invasives ou de thérapies ciblées.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE

La possibilité d'atteindre des structures profondes et fonctionnelles sans créer de dommage est un défi majeur en chirurgie mini-invasive, notamment en neurochirurgie. Grâce aux microtechnologies, il est devenu possible d'envoyer un dispositif micro-médical totalement autonome à l’intérieur d’un vaisseau ou d’un organe d’un sujet. Toutefois, un tel dispositif micro-médical nécessite un système permettant sa propulsion et son pilotage en trois dimensions avec une précision au moins égale à la taille du dispositif, même dans un environnement hétérogène et sensible.

Dans ce contexte, l'invention a pour but de proposer un dispositif de propulsion et de pilotage d’une microstructure, telle qu’un tube flexible ou un microrobot, assurant une propulsion et un pilotage efficaces et fiables de la microstructure, y compris dans un environnement fluide à faible nombre de Reynolds, avec une précision au moins égale à la taille de la microstructure, tout en préservant au maximum l’intégrité de l’environnement dans lequel la microstructure se déplace. DESCRIPTION DE L’INVENTION

À cet effet, l’invention a pour objet un dispositif de propulsion et de pilotage d’une microstructure, telle qu’un tube flexible ou un microrobot, comprenant :

- un élément de propulsion comportant au moins une portion déformable en élongation/contraction selon un axe principal reliant une partie avant et une partie arrière de l’élément de propulsion ;

- au moins deux éléments de guidage aptes, sous l’effet d’un apport d’énergie par une liaison respective à une source d’énergie, à générer une rotation de l’élément de propulsion respectivement autour d’un premier axe de rotation et autour d’un deuxième axe de rotation transversaux entre eux et à l’axe principal de l’élément de propulsion ;

- une unité de contrôle configurée pour actionner, en commandant sélectivement une ou plusieurs des liaisons à une source d’énergie, une rotation de l’élément de propulsion autour d’au moins un axe transversal à l’axe principal de manière coordonnée avec une déformation de la portion déformable de l’élément de propulsion en élongation/contraction selon l’axe principal, les éléments de guidage comprenant, en outre, au moins deux segments de guidage à base de matériau actif déformable de manière réversible sous l’effet d’un apport d’énergie par une liaison respective à une source d’énergie, chaque segment de guidage étant apte, sous l’effet d’un apport d’énergie, à générer par sa déformation une rotation de l’élément de propulsion autour d’un axe de rotation transversal à l’axe principal de l’élément de propulsion.

Un dispositif de propulsion et de pilotage selon l’invention permet de piloter la microstructure selon trois dimensions, grâce à la possibilité d’actionner une rotation de l’élément de propulsion autour d’au moins deux axes de rotation, transversaux entre eux et à l’axe principal, de manière coordonnée avec une propulsion de la microstructure obtenue par une déformation de la portion déformable de l’élément de propulsion. Au sens de l’invention, deux axes sont transversaux entre eux lorsqu’ils ne sont pas parallèles, ce qui inclut le cas de deux axes perpendiculaires entre eux, sans pour autant y être limité. Dans le cadre de l’invention, l’actionnement de la rotation est réalisé de manière coordonnée, en particulier simultanée ou séquentielle, avec la déformation de la portion déformable de l’élément de propulsion, afin d’obtenir un déplacement et une trajectoire souhaités de la microstructure dans l’environnement dans lequel elle se déplace, qui est notamment un environnement fluide à faible nombre de Reynolds. Plus précisément, l’actionnement de la rotation peut être réalisé de manière simultanée avec la déformation de la portion déformable de l’élément de propulsion, ou de manière séquentielle avec la déformation de la portion déformable de l’élément de propulsion i.e. de telle sorte que la rotation et la déformation sont opérées l’une à la suite de l’autre, notamment de manière répétitive.

Dans le cadre de l’invention, une microstructure munie du dispositif de propulsion et de pilotage selon l’invention a typiquement un diamètre extérieur inférieur ou égal à 5mm, en particulier inférieur ou égal à 2mm ou 1mm.

Selon une caractéristique, l’élément de propulsion comprend au moins un premier segment de guidage et un deuxième segment de guidage tels que la déformation du premier segment de guidage génère une rotation de l’élément de propulsion autour d’un premier axe de rotation perpendiculaire à l’axe principal de l’élément de propulsion, et la déformation du deuxième segment de guidage génère une rotation de l’élément de propulsion autour d’un deuxième axe de rotation perpendiculaire à la fois à l’axe principal de l’élément de propulsion et au premier axe de rotation.

Selon une réalisation d’un segment de guidage, le segment est une zone de la portion déformable de l’élément de propulsion qui est revêtue du matériau actif. Selon une autre réalisation d’un segment de guidage, le segment est un segment comprenant un support pourvu du matériau actif qui est rapporté sur la portion déformable de l’élément de propulsion.

Selon un mode de réalisation, la portion déformable de l’élément de propulsion est en un matériau ayant un module de Young compris dans une gamme allant de 0,1 à 10 GPa, de préférence de 0,5 à 2 GPa. Dans un mode de réalisation, la partie avant, la partie arrière et la portion déformable de l’élément de propulsion sont toutes constituées en un même matériau. Dans un mode de réalisation, le matériau constitutif de la partie avant, la partie arrière et la portion déformable est un polymère biocompatible. Un exemple de matériau approprié pour la partie avant, la partie arrière et/ou la portion déformable est un polymère inorganique-organique hybride durcissable aux UV, tel que le produit ORMOCLEAR fabriqué par la société MICRO RESIST TECHNOLOGY GmbH.

Dans un mode de réalisation, au moins un segment de guidage comporte un matériau électroactif ou un élément bilame, le dispositif de propulsion et de pilotage comprenant une source d’énergie électrique connectée au segment de guidage de manière à activer sa déformation. La source d’énergie est notamment une alimentation électrique reliée à l’aide d’un fil ou câble électrique au matériau électroactif ou à l’élément bilamedu segment de guidage.

Au sens de l’invention, un matériau électroactif est un matériau qui se déforme, notamment par changement de sa forme ou de sa taille, sous l’effet d’un apport d’énergie électrique. Des exemples de matériaux électroactifs appropriés dans le cadre de l’invention comprennent les alliages à mémoire de forme tels que le Nitinol ; ou les polymères électroactifs (EAP, ou Electroactive Polymers), en particulier les polymères électroactifs diélectriques et les polymères électroactifs ioniques. A titre d’exemple non limitatif, un polymère électroactif ionique utilisable dans le cadre de l’invention est lepoly(3,4-éthylènedioxythiophène) (PEDOT). Au sens de l’invention, un élément bilame est un élément comportant deux matériaux qui, sous l’effet d’un apport de chaleur, lequel peut notamment être induit par un courant électrique lorsque les matériaux sont conducteurs électriques, se déforment élastiquement individuellement suivant des caractéristiques mécaniques différentes, ce qui crée, de par leur contact solide, une déformation très accentuée de l’élément bilame. De tels éléments bilames peuvent être formés, notamment, par co-laminage de deux bandes de métal. Des exemples d’éléments bilames appropriés dans le cadre de l’invention sont les bilames de cuivre et d’acier, ou les bilames de fer et de nickel, car il s’agit de bilames associant des matériaux métalliques ayant des coefficients de dilatation thermique très différents. Dans un mode de réalisation, au moins un segment de guidage comporte un matériau photoactif, le dispositif de propulsion et de pilotage comprenant une source de rayonnement dont le rayonnement est émis en regard du segment de guidage de manière à activer sa déformation. La source de rayonnement est notamment une source laser ou une LED (diode électroluminescente) dont le rayonnement est transmis jusqu’au matériau photoactif du segment de guidage à l’aide d’une fibre optique ayant une extrémité distale positionnée en regard du matériau photoactif du segment de guidage.

Au sens de l’invention, un matériau photoactif est un matériau qui se déforme sous l’effet d’un rayonnement, en particulier sous l’effet d’un apport d’énergie lumineuse. Des exemples de matériaux photoactifs appropriés dans le cadre de l’invention comprennent les réseaux de cristaux liquides comprenant des molécules d'azobenzène. La source de rayonnement peut alors être une source de lumière blanche, comprenant toutes les longueurs d’onde du spectre visible. A titre d’exemple non limitatif, un matériau photoactif utilisable dans le cadre de l’invention est un actionneur à base de cristaux liquides double photo-sensible, contenant en particulier un colorant d’azomérocyanine converti localement en forme hydroxyazopyridinium par traitement acide.

Selon une caractéristique, au moins deux desdits segments de guidage sont configurés pour actionner une déformation de la portion déformable de l’élément de propulsion en élongation/contraction selon l’axe principal lorsqu’ils sont déformés simultanément et pour actionner une rotation de l’élément de propulsion autour d’un axe de rotation transversal à l’axe principal lorsqu’ils sont déformés sélectivement. En apportant de l’énergie de manière sélective aux segments de guidage, il est alors possible d’actionner une rotation et une déformation en élongation/contraction de l’élément de propulsion, ce qui permet d’assurer un pilotage directionnel et une propulsion de la microstructure. Selon une caractéristique, les segments de guidage sont répartis de manière isotrope autour de l’axe principal de l’élément de propulsion. Il en résulte un contrôle amélioré pour le pilotage directionnel de l’élément de propulsion.

Selon une réalisation, la portion déformable de l’élément de propulsion comprend une unique patte flexible disposée hélicoïdalement autour de l’axe principal entre la partie avant et la partie arrière de l’élément de propulsion, la patte flexible comportant au moins deux segments de guidage répartis le long de la patte flexible et configurés pour générer par leur déformation une rotation de l’élément de propulsion respectivement autour d’un premier axe de rotation et autour d’un deuxième axe de rotation transversaux entre eux et à l’axe principal de l’élément de propulsion.

Selon une autre réalisation, la portion déformable de l’élément de propulsion comprend au moins deux pattes flexibles disposées hélicoïdalement autour de l’axe principal entre la partie avant et la partie arrière de l’élément de propulsion, le dispositif de propulsion et de pilotage comportant au moins une paire de segments de guidage, respectivement sur une première patte flexible et sur une deuxième patte flexible, configurés pour générer par leur déformation une rotation de l’élément de propulsion respectivement autour d’un premier axe de rotation et autour d’un deuxième axe de rotation transversaux entre eux et à l’axe principal de l’élément de propulsion.

Selon un aspect de l’invention, les éléments de guidage comprennent au moins deux bobines électromagnétiques de guidage, munies chacune d’une liaison respective à une source d’énergie électrique, qui forment un transducteur électromagnétique avec un aimant solidaire de l’élément de propulsion, l’aimant étant sensiblement parallèle à l’axe principal de l’élément de propulsion en position de repos, chaque bobine de guidage étant apte, sous l’effet d’un apport d’énergie électrique, à générer une rotation de l’aimant par rapport à sa position de repos entraînant une rotation de l’élément de propulsion autour d’un axe de rotation transversal à l’axe principal de l’élément de propulsion.

Selon une caractéristique, pour chaque transducteur électromagnétique comprenant une bobine de guidage et l’aimant solidaire de l’élément de propulsion, l’aimant est inséré à l’intérieur de la bobine de guidage pour l’actionnement d’une rotation de l’élément de propulsion. Un tel agencement assure un rendement de conversion électromagnétique permettant de contrôler de manière fiable et précise la rotation de l’élément de propulsion en agissant sur la liaison électrique de chaque bobine de guidage. Bien entendu, la polarité de l’aimant et l’alimentation de chaque bobine de guidage sont adaptées afin d’obtenir la rotation souhaitée de l’élément de propulsion. Selon une réalisation, le dispositif de propulsion et de pilotage comprend en outre une bobine électromagnétique d’actionnement linéaire, munie d’une liaison respective à une source d’énergie électrique, qui forme également un transducteur électromagnétique avec l’aimant solidaire de l’élément de propulsion, la bobine d’actionnement linéaire étant apte, sous l’effet d’un apport d’énergie électrique, à générer une translation de l’aimant parallèlement à l’axe principal entraînant une déformation de la portion déformable de l’élément de propulsion en élongation/contraction selon l’axe principal. En alimentant électriquement de manière sélective les bobines de guidage et la bobine d’actionnement linéaire, il est alors possible d’actionner une rotation et une déformation en élongation/contraction de l’élément de propulsion, ce qui permet d’assurer un pilotage directionnel et une propulsion de la microstructure.

Selon une autre réalisation, au moins deux desdites bobines électromagnétiques de guidage sont configurées pour actionner une déformation de la portion déformable de l’élément de propulsion en élongation/contraction selon l’axe principal lorsqu’elles sont alimentées simultanément en énergie électrique et pour générer une rotation de l’aimant par rapport à sa position de repos entraînant une rotation de l’élément de propulsion autour d’un axe de rotation transversal à l’axe principal lorsqu’elles sont alimentées sélectivement. En alimentant électriquement de manière sélective les bobines de guidage, e.g. de manière simultanée ou successive, il est alors possible d’actionner une rotation et une déformation en élongation/contraction de l’élément de propulsion, ce qui permet d’assurer un pilotage directionnel et une propulsion de la microstructure.

Selon un mode de réalisation, chaque bobine de guidage a son axe central sensiblement parallèle à l’axe principal de l’élément de propulsion. Selon un autre mode de réalisation, chaque bobine de guidage a son axe central sensiblement perpendiculaire à l’axe principal de l’élément de propulsion.

Le nombre de bobines de guidage peut être tout nombre supérieur ou égal à deux. En particulier, de manière non limitative, les agencements suivants peuvent être envisagés dans le cadre de l’invention : deux bobines de guidage disposées l’une derrière l’autre selon la direction de l’axe principal de l’élément de propulsion, avec leurs axes centraux non confondus et sensiblement parallèles à l’axe principal de l’élément de propulsion ; deux bobines de guidage disposées côte à côte avec leurs axes centraux sensiblement parallèles à l’axe principal de l’élément de propulsion ; au moins trois bobines de guidage, notamment trois, quatre, cinq ou six bobines de guidage, disposées les unes derrière les autres selon la direction de l’axe principal de l’élément de propulsion, avec leurs axes centraux non confondus et sensiblement parallèles à l’axe principal de l’élément de propulsion ; au moins trois bobines de guidage, notamment trois, quatre, cinq ou six bobines de guidage, réparties autour de l’axe principal de l’élément de propulsion, avec leurs axes centraux sensiblement parallèles à l’axe principal de l’élément de propulsion ; au moins trois bobines de guidage, notamment trois, quatre, cinq ou six bobines de guidage, réparties autour de l’axe principal de l’élément de propulsion, avec leurs axes centraux sensiblement perpendiculaires à l’axe principal de l’élément de propulsion.

Selon une caractéristique, l’unité de contrôle est configurée en outre pour actionner une déformation de la portion déformable de l’élément de propulsion en élongation/contraction selon l’axe principal. Ainsi, il est possible de coordonner de manière optimale l’actionnement de la rotation de l’élément de propulsion et l’actionnement de la déformation en élongation/contraction de l’élément de propulsion.

Selon une caractéristique, le dispositif de propulsion et de pilotage comprend un actionneur linéaire, configuré pour actionner une déformation de la portion déformable de l’élément de propulsion en élongation/contraction selon l’axe principal. Selon un mode de réalisation, l'actionneur linéaire comprend un transducteur électromagnétique comportant une combinaison d'une bobine électromagnétique fixée à une extrémité de la portion déformable et d'un aimant permanent fixé à l'autre extrémité de la partie déformable. Selon un mode de réalisation, l'actionneur linéaire comprend une pompe. Ce mode de réalisation convient lorsque la portion déformable de l’élément de propulsion peut contenir un fluide dans son volume intérieur, en particulier lorsque la portion déformable a une enveloppe formant une paroi périphérique continue. Dans un mode de réalisation, la portion déformable de l’élément de propulsion comprend un soufflet et l'actionneur comprend une pompe. Dans un mode de réalisation, le dispositif de propulsion et de pilotage comprend au moins un cil de propulsion solidaire de la partie avant de l’élément de propulsion, une extrémité du cil de propulsion étant solidaire de la partie avant tandis que l’autre extrémité du cil de propulsion est une extrémité libre configurée pour se déplacer librement de manière à générer un mouvement non réciproque de la microstructure, notamment dans un fluide à faible nombre de Reynolds compris entre 10-5 et 10-1. Grâce à la présence de tels cils, un mouvement de propulsion de la microstructure est obtenu même dans un matériau visqueux ou viscoélastique, en particulier dans un organe d’un sujet tel que le cerveau. Les cycles successifs d’élongation/contraction de la portion déformable de l’élément de propulsion entraînent un déplacement des cils de propulsion dans le matériau visqueux ou viscoélastique, induisant ainsi une force propulsive nette du fait de l’interaction des cils de propulsion avec le matériau visqueux ou viscoélastique.

Selon une caractéristique, pour chaque cycle de déformation en élongation/contraction de la portion déformable de l’élément de propulsion selon son axe principal, le trajet de l’extrémité libre du ou de chaque cil de propulsion dans la phase de contraction de l’élément de propulsion, dans un fluide à faible nombre de Reynolds compris entre 10-5 et 10-1, est différent du trajet de l’extrémité libre du ou de chaque cil de propulsion dans ledit fluide dans la phase d’élongation de l’élément de propulsion. Une telle mise en œuvre des cils de propulsion par rapport aux phases d'élongation et de contraction de la portion déformable permet d’obtenir un mouvement non réciproque de la microstructure, ce qui permet un déplacement efficace au sein de matériaux fluidiques à faible nombre de Reynolds.

En particulier, dans des modes de réalisation non limitatifs, le trajet de l’extrémité libre du ou des cils de propulsion dans un matériau visqueux ou viscoélastique est topologiquement équivalent à un trajet elliptique ou à un trajet circulaire pour chaque cycle d'élongation/contraction de la portion déformable. Il est à noter qu'un trajet de l'extrémité libre topologiquement équivalent à un segment de droite n'est pas approprié pour obtenir un mouvement non réciproque de la microstructure, même si des dynamiques différentes sont appliquées le long du trajet. Selon un mode de réalisation, la partie arrière de l’élément de propulsion comprend au moins un cil de propulsion. Dans le cadre de l'invention, il est entendu que la présence de cils de propulsion uniquement sur la partie avant de l’élément de propulsion est suffisante. Cependant, un agencement avec des cils de propulsion prévus également sur la partie arrière peut contribuer à la propulsion de la microstructure dans un matériau visqueux ou viscoélastique. Selon un mode de réalisation, lorsque la partie arrière de l’élément de propulsion comporte à sa surface au moins un cil de propulsion, le ou chaque cil de propulsion de la partie arrière peut être identique ou différent du ou des cils de propulsion de la partie avant de l’élément de propulsion. Selon un mode de réalisation, le ou chaque cil de propulsion de la partie avant et/ou de la partie arrière de l’élément de propulsion est en un matériau ayant un module de Young compris dans une gamme allant de 0,1 à 10 GPa, de préférence de 0,5 à 2 GPa. Selon un mode de réalisation, le ou chaque cil de propulsion est réalisé dans le même matériau que la portion déformable de l’élément de propulsion. Dans un mode de réalisation, le matériau du cil de propulsion est un polymère biocompatible. Des exemples de matériaux appropriés pour le ou les cils de propulsion comprennent le polydiméthylsiloxane (PDMS), le silicium, ou un polymère inorganique-organique hybride durcissable aux UV tel que ORMOCLEAR.

Selon un mode de réalisation, les au-moins deux éléments de guidage sont positionnés radialement à l’extérieur de la portion déformable.

Selon un mode de réalisation, la portion déformable comporte un disque oscillant disposé entre la partie avant et la partie arrière, les au-moins deux éléments de guidage étant disposés entre la partie arrière et le disque oscillant.

Selon un mode de réalisation, le dispositif de propulsion et de pilotage comprend au moins deux éléments de propulsion agencés l’un derrière l’autre, l’unité de contrôle étant configurée pour actionner des cycles de déformation des éléments de propulsion en élongation/contraction selon leurs axes principaux selon des séquences temporelles prédéfinies, ceci de manière à générer un mouvement non réciproque de la microstructure, en particulier dans un fluide à faible nombre de Reynolds compris entre 10 ⁵ et 10 ¹ . Un tel agencement est un autre moyen d’obtenir un mouvement non réciproque de la microstructure, permettant un déplacement efficace dans des fluides à faible nombre de Reynolds. Cet agencement peut être utilisé seul ou en combinaison avec au moins un cil de propulsion pour générer un mouvement non réciproque tel que décrit ci-dessus. L’invention a également pour objet une microstructure comprenant un dispositif de propulsion et de pilotage tel que décrit ci-dessus. Selon un aspect de l’invention, la microstructure est configurée pour se déplacer dans un matériau fluidique à faible nombre de Reynolds, notamment un matériau fluidique ayant un nombre de Reynolds Re compris entre 10 ⁵ et 10 ¹ . De manière connue, le nombre de Reynolds Re est une quantité sans dimension qui quantifie l'importance relative des forces d'inertie et des forces visqueuses pour des conditions d'écoulement données. Le nombre de Reynolds Re peut être exprimé par le rapport entre les forces d'inertie et les forces visqueuses dans un fluide : Re = où u est la vitesse moyenne du fluide par rapport à l'objet, L est une dimension linéaire caractéristique, v est la viscosité cinématique du fluide. L’invention a également pour objet une méthode de propulsion et de pilotage d’une microstructure, telle qu’un tube flexible ou un microrobot, comprenant un dispositif de propulsion et de pilotage tel que décrit ci-dessus, la méthode comprenant des étapes dans lesquelles :

- on introduit la microstructure comprenant le dispositif de propulsion et de pilotage dans un fluide à faible nombre de Reynolds notamment compris entre 10 ⁵ et 10 ¹ ;

- on actionne, en commandant sélectivement, à l’aide de l’unité de contrôle, une ou plusieurs des liaisons à une source d’énergie, une rotation de l’élément de propulsion autour d’au moins un axe transversal à l’axe principal de l’élément de propulsion de manière coordonnée avec une déformation de la portion déformable de l’élément de propulsion en élongation/contraction selon l’axe principal.

BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES

Les caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront dans la description qui va suivre de plusieurs modes de réalisation d’un dispositif et d’une méthode de propulsion et de pilotage d’une microstructure selon l’invention, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :

- la figure 1 est une coupe schématique d’un microrobot comprenant un dispositif de propulsion et de pilotage selon un premier mode de réalisation de l’invention, avec un élément de propulsion sous forme d’un ressort hélicoïdal à trois pattes flexibles, chaque patte flexible comprenant un segment de guidage à base de matériau électroactif muni d’une liaison électrique respective ;

- la figure 2 est une coupe analogue à la figure 1 montrant l’activation d’un mouvement de rotation du microrobot ; - la figure 3 est une vue en perspective partielle et à plus grande échelle de l’élément de propulsion du microrobot des figures 1 et 2 ;

- la figure 4 est une coupe analogue à la figure 2 pour un microrobot comprenant un dispositif de propulsion et de pilotage selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, avec un élément de propulsion sous forme d’un ressort hélicoïdal à trois pattes flexibles, chaque pate flexible comprenant un segment de guidage à base de matériau photoactif associé à une fibre optique transmettant un rayonnement respectif ;

- la figure 5 est une coupe analogue à la figure 2 pour un microrobot comprenant un dispositif de propulsion et de pilotage selon un troisième mode de réalisation de l’invention, avec un élément de propulsion sous forme d’un ressort hélicoïdal à deux pattes flexibles, chaque patte flexible comprenant une pluralité de segments de guidage à base de matériau électroactif, où chaque segment de guidage de chaque patte flexible est muni d’une liaison électrique respective de manière à pouvoir être alimenté de manière indépendante par une alimentation électrique ;

- la figure 6 est une coupe analogue à la figure 2 pour un microrobot comprenant un dispositif de propulsion et de pilotage selon un quatrième mode de réalisation de l’invention, avec un élément de propulsion sous forme d’un ressort hélicoïdal à une unique patte flexible comprenant une pluralité de segments de guidage à base de matériau électroactif, où chaque segment de guidage de la patte flexible est muni d’une liaison électrique respective de manière à pouvoir être alimenté de manière indépendante par une alimentation électrique ;

- la figure 7 est une coupe analogue à la figure 2 pour un microrobot comprenant un dispositif de propulsion et de pilotage selon un cinquième mode de réalisation de l’invention, avec deux éléments de propulsion agencés l’un derrière l’autre, l’unité de contrôle étant configurée pour actionner des cycles de déformation des éléments de propulsion en élongation/contraction selon leurs axes principaux selon des séquences temporelles prédéfinies de manière à générer un mouvement non réciproque de la microstructure ;

- la figure 8 est une coupe analogue à la figure 1 pour un microrobot comprenant un dispositif de propulsion et de pilotage selon un sixième mode de réalisation de l’invention, avec un élément de propulsion sous forme d’un ressort hélicoïdal à trois pattes flexibles et un transducteur électromagnétique à trois bobines comprenant une bobine d’actionnement linéaire et deux bobines de guidage en rotation munies chacune d’une liaison électrique respective ;

- la figure 9 est une coupe analogue à la figure 8 montrant l’activation d’un mouvement de rotation du microrobot ;

- la figure 10 est une vue en perspective à plus grande échelle d’une partie de l’élément de propulsion du microrobot des figures 8 et 9 ;

- la figure 11 est une vue en perspective analogue à la figure 10 d’une partie de l’élément de propulsion d’un microrobot comprenant un dispositif de propulsion et de pilotage selon un septième mode de réalisation de l’invention ;

- la figure 12 est une vue en perspective analogue à la figure 10 d’une partie de l’élément de propulsion d’un microrobot comprenant un dispositif de propulsion et de pilotage selon un huitième mode de réalisation de l’invention ;

- la figure 13 est une vue en perspective partielle analogue à la figure 3 de l’élément de propulsion d’un microrobot comprenant un dispositif de propulsion et de pilotage selon un neuvième mode de réalisation de l’invention ; - la figure 14 est une vue en perspective partielle analogue à la figure 13 de l’élément de propulsion d’un microrobot comprenant un dispositif de propulsion et de pilotage selon un dixième mode de réalisation de l’invention ;

- la figure 15 est une vue en perspective partielle analogue à la figure 13 de l’élément de propulsion d’un microrobot comprenant un dispositif de propulsion et de pilotage selon un onzième mode de réalisation de l’invention ;

- la figure 16 est une vue en perspective partielle analogue à la figure 15 du même mode de réalisation de l’invention, mais en action. DESCRIPTION DE MODES DE RÉALISATION

Dans le premier mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 3, le microrobot 10 est configuré pour se déplacer dans un matériau visqueux ou viscoélastique, par exemple dans le liquide céphalo-rachidien ou la matrice extracellulaire du cerveau d'un sujet, qui sont des matériaux fluidiques à faible nombre de Reynolds pour le microrobot. Le microrobot 10 comprend un dispositif 1 de propulsion et de pilotage selon l’invention, auquel est fixé une partie active 11 du microrobot qui peut être, par exemple : un capteur ; un actionneur ; un réservoir propre à libérer un médicament ; etc.

Comme bien visible sur les figures 1 et 2, le dispositif 1 de propulsion et de pilotage comprend un élément de propulsion 2 comportant une partie avant 21, une partie arrière 23, et une portion déformable 20 reliant la partie avant 21 et la partie arrière 23. Dans ce premier mode de réalisation, la portion déformable 20 est un ressort hélicoïdal déformable en élongation/contraction selon un axe principal X2 de l’élément de propulsion 2. On définit ici l’axe principal X2 de l’élément de propulsion 2 comme un axe central de la portion déformable 20 sensiblement perpendiculaire au plan d’une plaque distale 230 de la partie arrière 23, à laquelle la portion déformable 20 est fixée.

Le ressort hélicoïdal formant la portion déformable 20 comprend trois pattes flexibles 22, 24, 26 disposées hélicoïdalement autour de l’axe principal X2 entre la partie avant 21 et la partie arrière 23 de l’élément de propulsion. Chaque patte flexible 22, 24, 26 est munie d’un segment de guidage respectif 3, 5, 7 à base de matériau électroactif, par exemple en polymère électroactif ionique PEDOT. Chacun des trois segments de guidage 3, 5, 7 est déformable de manière réversible sous l’effet d’un apport d’énergie électrique, et relié à une alimentation électrique 8 par un câble électrique respectif 83, 85, 87.

Chaque segment de guidage 3, 5, 7 est apte, par sa déformation lorsqu’il est alimenté en énergie électrique, à générer une déformation de la patte flexible correspondante et une rotation de l’élément de propulsion 2. Pour chaque segment de guidage 3, 5, 7, l’axe de la rotation générée par la déformation du segment de guidage est transversal à l’axe principal X2 de l’élément de propulsion ainsi qu’aux axes des rotations générées par la déformation de chacun des deux autres segments de guidage. Comme bien visible sur la vue à plus grande échelle de la figure 3, les segments de guidage 3, 5, 7 sont répartis de manière isotrope autour de l’axe principal X2 de l’élément de propulsion 2, ce qui permet d’optimiser le pilotage directionnel de l’élément de propulsion. Ainsi, dans la présente invention, les segments de guidage 3, 5, 7 forment, avec les pattes flexibles 22, 24, 26 un unique groupement fonctionnel polyvalent assurant à la foi la rotation et la propulsion. La présente invention ne présente pas de couplage de différents éléments assurant chacun une fonction distincte.

Le dispositif 1 de propulsion et de pilotage comprend également un actionneur linéaire 4 configuré pour actionner séquentiellement des cycles d’élongation/contraction de la portion déformable 20 de l’élément de propulsion 2. L'actionneur 4 est un transducteur électromagnétique comprenant un aimant permanent 41 et une bobine électromagnétique 42. L’aimant 41 est fixé à la partie avant 21 de l’élément de propulsion 2, à l’extrémité avant de la portion déformable 20, tandis que la bobine 42 est montée sur la partie arrière 23, et donc fixée à l’extrémité arrière de la portion déformable 20. En fonction du courant électrique appliqué à la bobine 42, l’aimant 41 se rapproche ou s’éloigne de la bobine 42, ce qui induit une contraction ou une élongation de la portion déformable 20.

Comme montré sur les figures 1 et 2, la partie avant 21 de l’élément de propulsion 2 comprend à sa surface une pluralité de cils de propulsion 28, configurés pour interagir avec le matériau dans lequel le microrobot 10 se déplace. Les cycles séquentiels d’élongation/contraction de la portion déformable 20 actionnés par le transducteur électromagnétique 4 entraînent un déplacement des cils de propulsion 28 dans le matériau, produisant une force propulsive qui entraîne un déplacement du microrobot 10.

Pour chaque cycle d’élongation/contraction de la portion déformable 20 actionné par le transducteur électromagnétique 4, chaque cil de propulsion 28 est configuré de telle sorte que le trajet de l'extrémité libre 29 du cil de propulsion 28 dans un matériau visqueux ou viscoélastique dans la phase de contraction de la portion déformable 20 est différent de celui de l’extrémité libre 29 dans le matériau visqueux ou viscoélastique dans la phase d'élongation de la portion déformable 20. De manière avantageuse, le trajet de l'extrémité libre 29 du cil de propulsion 28 dans un matériau visqueux ou viscoélastique est topologiquement équivalent à un trajet elliptique ou un trajet circulaire pour chaque cycle d'élongation/contraction. On obtient ainsi un mouvement non réciproque du microrobot 10, permettant un déplacement efficace du microrobot 10 dans des matériaux fluidiques à faible nombre de Reynolds, tels que le liquide céphalo-rachidien ou la matrice extracellulaire du cerveau.

Le dispositif 1 de propulsion et de pilotage comprend également une unité de contrôle 9 configurée pour actionner, en commandant sélectivement une ou plusieurs des liaisons électriques 83, 85, 87, une rotation de l’élément de propulsion 2 autour d’au moins un axe transversal à l’axe principal X2. L’unité de contrôle 9 est aussi configurée pour actionner une déformation de la portion déformable 20 en élongation/contraction selon l’axe principal X2. Ainsi, il est possible de coordonner de manière optimale l’actionnement de la rotation de l’élément de propulsion 2 et l’actionnement de la déformation en élongation/contraction de la portion déformable 20 selon l’axe principal X2 afin d’obtenir un déplacement et une trajectoire souhaités du microrobot 10 dans le matériau dans lequel il se déplace. L’unité de contrôle 9 actionne ainsi un seul élément, l’élément de propulsion 2, et permet, par l’actionnement de ce seul élément, de générer une propulsion et une rotation du dispositif 1.

Une méthode de propulsion et de pilotage du microrobot 10 dans un fluide à faible nombre de Reynolds, notamment compris entre 10 ⁵ et 10 ¹ , comprend la commande sélective d’une ou de plusieurs des liaisons électriques 83, 85, 87, à l’aide de l’unité de contrôle 9, pour actionner une rotation de l’élément de propulsion 2 autour d’au moins un axe transversal à l’axe principal X2 de manière coordonnée, que ce soit en simultané ou en séquentiel, avec une déformation de la portion déformable 20 en élongation/contraction selon l’axe principal X2. A titre d'exemple non limitatif, un microrobot 10 ayant les caractéristiques suivantes présente de bonnes performances de propulsion et de guidage dans des matériaux fluidiques à faible nombre de Reynolds :

- longueur totale du microrobot 10 : 2 mm ;

- diamètre du microrobot 10 : 2 mm ; - longueur de la portion déformable 20 de l’élément de propulsion 2 : 0,5 mm ; - longueur de la bobine d’actionnement linéaire 42 : 0,5 mm ;

- longueur de l’aimant 41 : 0,8 mm ;

- section transversale de chaque cil de propulsion 28 : 2500 pm ² .

Procédé de fabrication La partie avant 21, la partie arrière 23 et la portion déformable 20 ont été fabriquées en une seule pièce par lithographie laser 3D en utilisant un polymère ORMOCLEAR inorganique-organique hybride polymérisable aux UV en tant que résine photosensible. La résine photosensible a été appliquée sur un substrat en verre et un laser ponctuel a polymérisé sélectivement la résine photosensible selon un plan CAO 3D. Les cils de propulsion 28 ont été fabriqués d’un seul tenant avec la partie avant 21, c’est-à-dire fabriqués dans le même matériau que la partie avant 21. Les segments de guidage 3, 5, 7 ont été obtenus par dépôt d’une couche de polymère électroactif ionique PEDOT sur chacune des pattes flexibles 22, 24, 26 de la portion déformable 20. La bobine d’actionnement linéaire 42 a été obtenue par bobinage d’un fil de cuivre sur la partie arrière 23. L’aimant 41 est un aimant permanent en néodyme fixé par collage avec un adhésif acrylique sur la partie avant 21.

Dans le deuxième mode de réalisation représenté sur la figure 4, les éléments analogues à ceux du premier mode de réalisation portent des références identiques. Le microrobot 10 du deuxième mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation en ce que les segments de guidage 3, 5, 7 comportent un matériau photoactif, au lieu d’un matériau électroactif. Le dispositif 1 de propulsion et de pilotage comprend, pour chaque segment de guidage 3, 5, 7 à base de matériau photoactif, une source de rayonnement dédiée dont le rayonnement est amené en regard du segment de guidage de manière à activer sa déformation. A titre d’exemple, dans ce deuxième mode de réalisation, le matériau photoactif de chaque segment de guidage 3, 5, 7 est un réseau de cristaux liquides comprenant des molécules d'azobenzène, et la source de rayonnement pour chaque segment de guidage 3, 5, 7 est une source de lumière blanche, les différentes sources étant logées dans un même boîtier 8’. Dans ce deuxième mode de réalisation, tous les segments de guidage 3, 5, 7 sont à base d’un même matériau photoactif et, pour éviter des interactions de rayonnement susceptibles d’activer la déformation d’un segment de guidage autre que celui associé à une source de rayonnement dédiée, le rayonnement est transmis jusqu’au matériau photoactif de chaque segment de guidage 3, 5, 7 à l’aide d’une fibre optique 83’, 85’, 87’ respective, ayant une extrémité distale positionnée en regard du matériau photoactif du segment de guidage 3, 5, 7. Selon une variante, les segments de guidage 3, 5, 7 peuvent être à base de matériaux photoactifs différents, propres à être activés par des rayonnement de longueurs d’onde différentes. Dans ce cas, chaque segment de guidage 3, 5, 7 est associé à une source de rayonnement émettant dans le domaine de longueurs d’onde qui lui est spécifique. Ici encore, le rayonnement peut être transmis jusqu’au matériau photoactif du segment de guidage 3, 5, 7 à l’aide d’une fibre optique ayant une extrémité distale positionnée en regard du matériau photoactif du segment de guidage.

Dans le troisième mode de réalisation représenté sur la figure 5, les éléments analogues à ceux du premier mode de réalisation portent des références identiques. Le microrobot 10 du troisième mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation en ce que la portion déformable 20 de l’élément de propulsion 2 est un ressort hélicoïdal comprenant deux pattes flexibles 22, 24, au lieu de trois pattes flexibles comme dans le premier mode de réalisation. Les deux pattes flexibles 22, 24 sont disposées hélicoïdalement autour de l’axe principal X2 entre la partie avant 21 et la partie arrière 23 de l’élément de propulsion et sont munies chacune de trois segments de guidage à base de matériau électroactif, respectivement 3i, 32, 33 et 5i, 52, 53. Pour chacune des deux pattes flexibles 22, 24, les segments de guidage 3i, 32, 33 ou 5i, 52, 53 sont répartis le long de la patte flexible et reliés à une alimentation électrique 8 par un fil électrique respectif, tous les fils électriques des différents segments de guidage d’une patte flexible 22 ou 24 transitant dans un câble 83 ou 85.

Dans le quatrième mode de réalisation représenté sur la figure 6, les éléments analogues à ceux du premier mode de réalisation portent des références identiques. Le microrobot 10 du quatrième mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation en ce que la portion déformable 20 de l’élément de propulsion 2 est un ressort hélicoïdal comprenant une unique patte flexible 22 disposée hélicoïdalement autour de l’axe principal X2 entre la partie avant 21 et la partie arrière 23 de l’élément de propulsion. La patte flexible 22 comporte quatre segments de guidage à base de matériau électroactif 3i, 32, 33, 34, qui sont répartis le long de la patte flexible 22 et reliés chacun à une alimentation électrique 8 par un fil électrique respectif, tous les fils électriques des différents segments de guidage de la patte flexible 22 transitant dans un câble 83. Les segments de guidage 3i, 32, 33, 34 sont configurés pour générer par leur déformation une rotation de l’élément de propulsion 2 respectivement autour d’un premier axe de rotation et autour d’un deuxième axe de rotation transversaux entre eux et à l’axe principal X2 de l’élément de propulsion. Dans le cinquième mode de réalisation représenté sur la figure 7, les éléments analogues à ceux du premier mode de réalisation portent des références identiques. Le microrobot 10 du cinquième mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation en ce que le dispositif 1 de propulsion et de pilotage comprend deux éléments de propulsion 2i et 2i agencés l’un derrière l’autre, l’unité de contrôle 9 étant configurée pour actionner des cycles de déformation en élongation/contraction des portions déformables 20i et 2O2 des deux éléments de propulsion selon des séquences temporelles prédéfinies, de manière à générer un mouvement non réciproque du microrobot 10. Un tel agencement est un autre moyen que des cils de propulsion pour obtenir un mouvement non réciproque du microrobot 10, permettant un déplacement efficace dans des fluides à faible nombre de Reynolds.

Dans ce cinquième mode de réalisation, pour chacun des deux éléments de propulsion 2i et 22, la portion déformable 201 ou 2Û2 est identique à la portion déformable 20 du premier mode de réalisation, i.e. comprend trois pattes flexibles 22i, 24i, 26i ou 22i, 242, 262 disposées hélicoïdalement autour de l’axe principal X21 ou X22 de l’élément de propulsion. Chaque patte flexible 22i, 24i, 26i ou 22i, 242, 262 est munie d’un segment de guidage respectif 31, 5i, 7i ou 32, 52, h à base de matériau électroactif, déformable de manière réversible sous l’effet d’un apport d’énergie électrique, et relié à une alimentation électrique 81 ou 82 par un câble électrique respectif 83i, 85i, 87i ou 832, 852, 872.

Le dispositif 1 de propulsion et de pilotage de ce cinquième mode de réalisation ne comprend pas d’actionneur linéaire analogue au transducteur électromagnétique 4 des modes de réalisation précédents, pour actionner séquentiellement des cycles d’élongation/contraction de la portion déformable 20i ou 202 de l’élément de propulsion. En effet, dans ce cinquième mode de réalisation, pour chacun des deux éléments de propulsion 2i et 2i, les segments de guidage 3i, 5i, 7i ou 32, 52, h à base de matériau électroactif sont configurés pour actionner une déformation de la portion déformable 201 ou 2Û2 en élongation/contraction selon l’axe principal X21 ou X22 lorsqu’ils sont déformés simultanément, et pour actionner une rotation de l’élément de propulsion 2i ou h autour d’un axe de rotation transversal à l’axe principal X21 ou X22 lorsqu’ils sont déformés sélectivement. En apportant de l’énergie électrique de manière sélective aux segments de guidage 3i, 5i, 7i, 32, 52, h, il est possible d’actionner au choix une rotation et/ou une déformation en élongation/contraction de chaque élément de propulsion 2i, 2i, ce qui permet d’assurer à la fois un pilotage directionnel et une propulsion du microrobot 10.

Dans le sixième mode de réalisation représenté sur les figures 8 à 10, les éléments analogues à ceux du premier mode de réalisation portent des références identiques. Le microrobot 10 du sixième mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation en ce que les éléments de guidage comprennent deux bobines électromagnétiques de guidage 43 et 45, au lieu de segments de guidage à base de matériau actif. Les bobines de guidage 43 et 45 sont munies chacune d’une liaison respective 63, 65 à une source d’énergie électrique 6 et forment un transducteur électromagnétique avec un aimant permanent 41 solidaire de la partie avant 21 de l’élément de propulsion 2. L’aimant 41 est sensiblement parallèle à l’axe principal X2 de l’élément de propulsion en position de repos. Chacune des deux bobines de guidage 43, 45 est apte, sous l’effet d’un apport d’énergie électrique, à générer une rotation de l’aimant 41 par rapport à sa position de repos, ce qui entraîne une rotation de l’élément de propulsion 2 autour d’un axe de rotation transversal à l’axe principal X2.

Le dispositif 1 de propulsion et de pilotage de ce sixième mode de réalisation comprend également une bobine électromagnétique 42 d’actionnement linéaire, analogue à la bobine 42 des modes de réalisation précédents, qui est munie d’une liaison respective 62 à la source d’énergie électrique 6 et qui forme également un transducteur électromagnétique avec l’aimant 41. La bobine d’actionnement linéaire 42 est apte, sous l’effet d’un apport d’énergie électrique, à générer une translation de l’aimant 41 parallèlement à l’axe principal X2, ce qui entraîne une déformation de la portion déformable 20 en élongation/contraction selon l’axe principal X2. En alimentant électriquement de manière sélective les bobines de guidage 43, 45 et la bobine d’actionnement linéaire 42, il est alors possible d’actionner une rotation et une déformation en élongation/contraction de l’élément de propulsion 2, ce qui permet d’assurer un pilotage directionnel et une propulsion du microrobot 10.

L’agencement relatif de la bobine d’actionnement linéaire 42 et des bobines de guidage 43, 45 est visible sur la vue à plus grande échelle de la figure 10. Sur cette figure, on visualise les gorges respectives 232, 23 ₃ , 23s de réception des bobines 42, 43, 45. L’axe central de la bobine d’actionnement linéaire 42 reçue dans la gorge 232 est aligné avec l’axe principal X2 de l’élément de propulsion 2. L’axe central de la bobine de guidage 43 reçue dans la gorge 233 est déporté par rapport à l’axe principal X2 de l’élément de propulsion 2, selon une direction vers le haut et une direction s’enfonçant dans le plan de la feuille sur la figure 10. Enfin, l’axe central de la bobine de guidage 45 reçue dans la gorge 235 est déporté par rapport à l’axe principal X2 de l’élément de propulsion 2, selon une direction vers le bas et une direction sortant du plan de la feuille sur la figure 10.

Dans le septième mode de réalisation représenté sur la figure 11 , les éléments analogues à ceux du sixième mode de réalisation portent des références identiques. Dans ce septième mode de réalisation, le dispositif 1 de propulsion et de pilotage comprend trois bobines de guidage 43, 45, 47 (non représentées) munies chacune d’une liaison respective à une source d’énergie électrique et configurées pour former un transducteur électromagnétique avec un aimant permanent 41 solidaire de la partie avant de l’élément de propulsion 2. Sur la figure 11, on visualise les gorges respectives 23 ₃ , 23s, 237 de réception des bobines de guidage 43, 45, 47. Les trois bobines de guidage 43, 45, 47 sont disposées les unes derrière les autres selon la direction de l’axe principal X2 de l’élément de propulsion 2, avec leurs axes centraux non confondus et sensiblement parallèles à l’axe principal X2.

En particulier, dans l’exemple représenté sur la figure 11, l’axe central de la bobine de guidage 43 reçue dans la gorge 23 ₃ est déporté par rapport à l’axe principal X2 de l’élément de propulsion 2, selon une direction vers le bas et une direction s’enfonçant dans le plan de la feuille sur la figure 11. L’axe central de la bobine de guidage 45 reçue dans la gorge 23s est déporté par rapport à l’axe principal X2 de l’élément de propulsion 2, selon une direction vers le haut et une direction s’enfonçant dans le plan de la feuille sur la figure 11. Enfin, l’axe central de la bobine de guidage 47 reçue dans la gorge 237 est déporté par rapport à l’axe principal X2 de l’élément de propulsion 2, selon une direction vers le bas et une direction sortant du plan de la feuille sur la figure 11. Les trois bobines de guidage 43, 45, 47 sont configurées pour actionner une déformation de la portion déformable 20 de l’élément de propulsion 2 en élongation/contraction selon l’axe principal X2 lorsqu’elles sont alimentées simultanément en énergie électrique, et pour générer une rotation de l’aimant 41 par rapport à sa position de repos entraînant une rotation de l’élément de propulsion 2 autour d’un axe de rotation transversal à l’axe principal X2 lorsqu’elles sont alimentées sélectivement.

Dans le huitième mode de réalisation représenté sur la figure 12, les éléments analogues à ceux du sixième mode de réalisation portent des références identiques. Dans ce huitième mode de réalisation, le dispositif 1 de propulsion et de pilotage comprend une bobine d’actionnement linéaire 42 et trois bobines de guidage 43, 45, 47 (non représentées), munies chacune d’une liaison respective à une source d’énergie électrique et configurées pour former un transducteur électromagnétique avec un aimant permanent 41 solidaire de la partie avant de l’élément de propulsion 2. Sur la figure 12, on visualise les gorges respectives 232, 23 ₃ , 23s, 237 de réception des bobines 42, 43, 45, 47. La bobine d’actionnement linéaire 42 est disposée à l’arrière de l’élément de propulsion 2 avec son axe central sensiblement parallèle à l’axe principal X2 de l’élément de propulsion 2, tandis que les trois bobines de guidage 43, 45, 47 sont réparties autour de la bobine d’actionnement linéaire 42 en étant à équidistance les unes des autres, avec leurs axes centraux sensiblement perpendiculaires à l’axe principal X2.

Dans ce huitième mode de réalisation, l’actionnement de la déformation de la portion déformable 20 en élongation/contraction selon l’axe principal X2 est obtenu en alimentant la bobine d’actionnement linéaire 42, tandis que l’actionnement de la rotation de l’aimant 41 par rapport à sa position de repos, entraînant une rotation de l’élément de propulsion 2 autour d’un axe de rotation transversal à l’axe principal X2, est obtenu en alimentant sélectivement les bobines de guidage 43, 45, 47.

Dans les neuvième et dixième modes de réalisation représentés respectivement sur les figure 13 et 14, les éléments analogues à ceux du sixième mode de réalisation portent des références identiques. Dans ces neuvième et dixième modes de réalisation,

L’élément de propulsion 2 selon les neuvième et dixième modes de réalisation comporte, de même que l’élément de propulsion du mode de réalisation illustré en figure 3, une partie avant 21, une partie arrière 23, et une portion déformable 20 reliant la partie avant 21 et la partie arrière 23. Dans ces neuvième et dixième modes de réalisation, la portion déformable 20 est un ressort hélicoïdal déformable en élongation/contraction selon un axe principal X2 de l’élément de propulsion 2. L’axe X2 est défini de la même manière que précédemment, comme l’axe central de la portion déformable 20 sensiblement perpendiculaire au plan de la plaque distale 230 de la partie arrière 23, à laquelle la portion déformable 20 est fixée. Le ressort hélicoïdal formant la portion déformable 20 comprend trois pattes flexibles 22, 24, 26 disposées hélicoïdalement autour de l’axe principal X2 entre la partie avant 21 et la partie arrière 23 de l’élément de propulsion 2.

Dans ces neuvième et dixième modes de réalisation, le ressort hélicoïdal formant la portion déformable 20 coopère avec au moins un élément de guidage 3, 5, 7 s’étendant chacun entre la partie avant 21 et la partie arrière 23 de l’élément de propulsion 2. Dans un mode de réalisation non représenté, les éléments de guidage s’étendent autour du ressort hélicoïdal. Dans les neuvième et dixième modes de réalisation, le ressort hélicoïdal s’étend autour de l’au moins un élément de guidage 3, 4, 5. Plus particulièrement, dans les neuvième et dixième modes de réalisation, le dispositif 1 comporte trois éléments de guidage 3, 5, 7 formant chacun patte ou segment déformable, disposés hélicoïdalement autour de l’axe principal X2 entre la partie avant 21 et la partie arrière 23 de l’élément de propulsion. Dans le neuvième mode de réalisation illustré en figure 13, les segments déformables 3, 5, 7 et les pattes flexibles 22, 24, 26 sont régulièrement répartis sur la circonférence de l’élément de propulsion 2, de manière à ce que l’élément de propulsion 2 présente une alternance circulaire de pattes flexibles 22, 24, 26 et de segments déformables 3, 5, 7. Dans le dixième mode de réalisation illustré en figure 14, chaque segment déformable 3, 5, 7 est radialement aligné avec une patte flexible 22, 24, 26 du ressort hélicoïdal. Chaque patte flexible 22, 24, 26 coopère ainsi, dans chacun des modes de réalisation des figures 13, 14, avec un élément de guidage 3, 5, 7.

Comme dans les modes de réalisation précédents, chaque segment déformable 3, 5, 7 comporte, par exemple, un matériau électroactif, par exemple en polymère électroactif ionique PEDOT. Ainsi, chacun des trois éléments de guidage 3, 5, 7 est déformable de manière réversible sous l’effet d’un apport d’énergie électrique. Chaque élément de guidage 3, 5, 7 est apte, par sa déformation lorsqu’il est alimenté en énergie électrique, à générer une déformation de la patte flexible 22, 24, 26 correspondante et une rotation de l’élément de propulsion 2. Pour chaque segment de guidage 3, 5, 7, l’axe de la rotation générée par la déformation du segment de guidage est transversal à l’axe principal X2 de l’élément de propulsion 2 ainsi qu’aux axes des rotations générées par la déformation de chacun des deux autres éléments de guidage. La répartition isotrope des segments de guidage 3, 5, 7 autour de l’axe principal X2 de l’élément de propulsion 2, permet, comme pour le premier mode de réalisation, d’optimiser le pilotage directionnel de l’élément de propulsion 2. Ainsi, peu importe le mode de réalisation, on constate que dans la présente invention, les segments de guidage 3, 5, 7 forment, avec les pattes flexibles 22, 24, 26 un unique groupement fonctionnel polyvalent assurant à la foi la rotation et la propulsion. La présente invention ne présente pas de couplage de différents éléments assurant chacun une fonction distincte.

Dans le onzième mode de réalisation représenté sur les figures 15 et 16, les éléments analogues à ceux du premier mode de réalisation portent des références identiques. Dans ce onzième mode de réalisation, le dispositif 1 de propulsion et de pilotage du microrobot 10 est, de même que pour les modes de réalisation précédents, configuré pour se déplacer dans un matériau visqueux ou viscoélastique, par exemple dans le liquide céphalo-rachidien ou la matrice extracellulaire du cerveau d'un sujet, qui sont des matériaux fluidiques à faible nombre de Reynolds. On a représenté, sur les figures 15 et 16, un mode de réalisation alternatif de l’élément de propulsion 2. Dans ce onzième mode de réalisation, l’élément de propulsion 2 comporte une partie avant 21, une partie arrière 23, et une portion déformable 20 reliant la partie avant 21 et la partie arrière 23. La partie déformable 20 est divisée en une sous-partie avant 20A et une sous-partie arrière 20B, les deux sous-parties 20A, 20B sont reliées entre elles par un disque oscillant 30. Le disque oscillant 30 se situe entre les parties avant 21 et arrière 23, à équidistance de chacune d’entre elles. Sur l’exemple illustré aux figures 15 et 16, le disque oscillant 30 présente un diamètre similaire à la plaque distale 230. Toutefois, dans un mode de réalisation non illustré, le diamètre du disque oscillant 30 peut être supérieur à celui de la plaque distale 230.

Au repos, le disque oscillant 30 est sensiblement parallèle à la plaque distale 230. Dans ce mode de réalisation, c’est le disque oscillant 30 de l’élément de propulsion 2 qui comprend, à sa surface, une pluralité de cils de propulsion 28, configurés pour interagir avec le matériau dans lequel le microrobot 10 se déplace. Les cycles séquentiels d’élongation/contraction de la portion déformable 20 entraînent le déplacement des cils de propulsion 28 dans le matériau, produisant la force propulsive qui entraîne un déplacement du microrobot 10. Ainsi, il peut être avantageux, pour le disque oscillant 30, de présenter un diamètre supérieur à la plaque distale 230, de manière à faciliter l’attache des cils de propulsions 28 sur celui-ci. Dans ce onzième mode de réalisation, la sous-partie avant 20A de la portion déformable 20 est un ressort hélicoïdal déformable en élongation/contraction selon un axe principal X2 de l’élément de propulsion 2. On définit ici l’axe principal X2 de l’élément de propulsion 2 de manière similaire aux modes de réalisations précédents, comme l’axe central de la portion déformable 20 sensiblement perpendiculaire au plan de la plaque distale 230 de la partie arrière 23, à laquelle la portion déformable 20 est fixée. Le ressort hélicoïdal formant la sous-partie avant 20A de la portion déformable 20 comprend trois pattes flexibles 22, 24, 26 disposées hélicoïdalement autour de l’axe principal X2 entre la partie avant 21 et le disque oscillant 30 de l’élément de propulsion.

Dans ce onzième mode de réalisation, la sous-partie arrière 20B de la portion déformable 2 comporte au moins un élément de guidage 3, 5, 7 à base de matériau électroactif, par exemple en polymère électroactif ionique PEDOT. Plus précisément, dans le onzième mode de réalisation de l’invention, la portion déformable 2 comporte trois éléments de guidage 3, 5, 7 formant segments de guidage 3, 5, 7. Chacun des trois segments de guidage 3, 5, 7 est déformable de manière réversible sous l’effet d’un apport d’énergie électrique, et relié à une alimentation électrique. Au repos, les trois segments de guidage 3, 5, 7 présentent la même longueur. Comme bien visible sur la figure 15, les segments de guidage 3, 5, 7 sont répartis de manière isotrope autour de l’axe principal X2 de l’élément de propulsion 2, ce qui permet d’optimiser le pilotage directionnel de l’élément de propulsion. Les trois segments de guidage 3, 5, 7 forment chacun une patte s’étendant entre la partie arrière 23 de la portion déformable 2 et le disque oscillant 30. Plus précisément, les trois segments de guidage sont disposés hélicoïdalement autour de l’axe principal X2 entre la sous-partie arrière 23 et le disque oscillant 30 de l’élément de propulsion 2. Comme déjà mentionné, chaque segment de guidage 3, 5, 7 est apte, par sa déformation lorsqu’il est alimenté en énergie électrique, à générer une inclinaison du disque oscillant 30. Ceci est visible sur la figure 16. Au fur et à mesure de l’activation de chacun des trois segments de guidage 3, 5, 7, le disque oscillant 30 s’incline dans des directions différentes, générant ainsi un mouvement oscillant rotatif. Ce mouvement oscillant rotatif induit une rotation de l’élément de propulsion 2. Pour chaque segment de guidage 3, 5, 7, l’axe de la rotation générée par la déformation du segment de guidage est transversal à l’axe principal X2 de l’élément de propulsion ainsi qu’aux axes des rotations générées par la déformation de chacun des deux autres segments de guidage. Ainsi, dans ce mode de réalisation également, malgré la présence du disque oscillant 30, les segments de guidage 3, 5, 7 coopèrent directement avec les pattes flexibles 22, 24, 26 et forment avec celles-ci, un unique groupement fonctionnel polyvalent assurant à la foi la rotation et la propulsion. La présente invention ne présente pas de couplage de différents éléments assurant chacun une fonction distincte.

Comme il ressort des exemples précédents, un dispositif de propulsion et de pilotage selon l’invention permet de déplacer une microstructure dans l’espace 3D de manière fiable et précise en actionnant, de manière coordonnée, d’une part une rotation de l’élément de propulsion autour d’au moins deux axes de rotation transversaux entre eux et à l’axe principal, et d’autre part une déformation de la portion déformable de l’élément de propulsion pour générer une propulsion de la microstructure. De manière avantageuse, grâce à la possibilité d’activer l’apport d’énergie de manière indépendante pour chaque élément de guidage et éventuellement pour l’actionneur linéaire si celui-ci est présent, toutes les combinaisons spatiales et temporelles pour actionner la rotation et la déformation de la portion déformable de l’élément de propulsion peuvent être envisagées. En particulier, la rotation et la déformation peuvent, au choix, être actionnées simultanément, ou être actionnées l’une à la suite de l’autre, ce qui permet de déplacer la microstructure selon une trajectoire souhaitée dans son environnement.

Il convient de garder à l’esprit qu’à une échelle millimétrique, dans un environnement à bas Reynolds, le moindre petit élément à déplacer coûte très cher en énergie. Les forces de frottement enjeu sont considérables Bien que dépendant du type de frottements (secs, visqueux, ...) et de la taille du robot, il est toutefois connu que, de manière générale, un nombre de Reynolds faible signifie que les forces surfaciques sont prépondérantes sur les forces volumiques. Dans le cas présent, il est ainsi plus judicieux d’optimiser la taille globale du robot que son poids, par exemple.

Ainsi, plus le dispositif est petit et moins il comporte d’éléments fonctionnels, moins le coût en énergie est élevé pour déplacer ledit dispositif. La présente invention, de par sa petite taille et le nombre réduit d’éléments fonctionnels (réduction rendue possible par l’aspect polyfonctionnel des différents éléments, en particulier des segments de guidage), permet un gain conséquent d’énergie pour un déplacement donné.

L’invention n’est pas limitée aux exemples décrits et représentés.

En particulier, dans les exemples précédents, la portion déformable de l’élément de propulsion est un ressort hélicoïdal à une, deux ou trois pattes flexibles. En variante, la portion déformable de l’élément de propulsion peut comprendre un ressort, hélicoïdal ou non, ayant un nombre quelconque de pattes flexibles, ou encore une structure déformable autre qu’un ressort, par exemple un soufflet. La portion déformable de l’élément de propulsion peut également comprendre une combinaison d’un ressort et d’un soufflet, chaque pli du soufflet étant par exemple positionné au niveau d’une spire du ressort et l’enveloppe du soufflet remplissant l’espace entre les spires successives du ressort. De plus, lorsque le dispositif de propulsion et de pilotage comprend un actionneur linéaire dédié pour actionner la déformation de la portion déformable de l’élément de propulsion en élongation/contraction, l’actionneur linéaire peut être un actionneur autre qu’un transducteur électromagnétique tel que décrit précédemment, mettant enjeu une bobine électromagnétique et un aimant permanent. En particulier, dans le cas où la portion déformable a une enveloppe étanche, comme c’est le cas par exemple avec un soufflet, l’actionneur pour actionner la déformation de la portion déformable en élongation/contraction peut être une pompe, l’élongation/contraction de la portion déformable pouvant alors être obtenue par une alternance d’entrée/sortie de fluide dans le volume intérieur de la portion déformable actionnée par la pompe.

Par ailleurs, dans les exemples précédents mettant en œuvre des segments de guidage comprenant un matériau actif, les matériaux actifs des différents segments de guidage sont tous de même nature. En variante, un dispositif de propulsion et de pilotage selon l’invention peut comporter plusieurs segments de guidage ayant des matériaux actifs de compositions ou de natures différentes. Par exemple, des segments de guidage comportant un matériau électroactif peuvent être combinés avec des segments de guidage comportant un élément bilame ; ou des segments de guidage comportant un matériau photoactif peuvent être combinés avec des segments de guidage comportant un matériau électroactif ou un élément bilame, les différentes liaisons d’apport d’énergie pour activer les segments de guidage étant adaptées en conséquence. Des segments de guidage à base de matériau actif peuvent également être combinées avec des bobines de guidage du type de celles des modes de réalisation des figures 8 à 12.

Dans le cas où le dispositif de propulsion et de pilotage comprend des bobines de guidage en tant qu’éléments de guidage pour générer une rotation de l’élément de propulsion, des agencements des bobines de guidage autre que ceux des modes de réalisation des figures 8 à 12 peuvent bien entendu également être envisagés. En particulier, le nombre de bobines de guidage est un nombre quelconque supérieur ou égal à deux, les bobines de guidage pouvant être disposées au choix les unes derrière les autres, les unes à côté des autres, ou même de manière concentrique, en étant combinées ou non avec une bobine d’actionnement linéaire. Des agencements avantageux, non représentés sur les figures, comprennent par exemple : trois bobines de guidage réparties autour de l’axe principal de l’élément de propulsion, avec leurs axes centraux sensiblement parallèles à l’axe principal, en étant disposées à équidistance les unes des autres ; six bobines de guidage réparties autour de l’axe principal de l’élément de propulsion, avec leurs axes centraux sensiblement parallèles à l’axe principal, en étant disposées à équidistance les unes des autres. Dans ces deux cas, les bobines de guidage peuvent être, au choix, soit disposées à l’arrière de l’élément de propulsion sans bobine d’actionnement linéaire, l’actionnement de la déformation de la portion déformable en élongation/contraction selon l’axe principal étant alors obtenu en alimentant simultanément toutes les bobines de guidage en énergie électrique, tandis que l’actionnement de la rotation de l’aimant par rapport à sa position de repos, entraînant une rotation de l’élément de propulsion autour d’un axe de rotation transversal à l’axe principal, est obtenu en alimentant les bobines de guidage sélectivement ; soit disposées à l’arrière de l’élément de propulsion en étant combinées avec une bobine d’actionnement linéaire, l’actionnement de la déformation de la portion déformable en élongation/contraction selon l’axe principal étant alors obtenu en alimentant la bobine d’actionnement linéaire, tandis que l’actionnement de la rotation de l’aimant par rapport à sa position de repos, entraînant une rotation de l’élément de propulsion autour d’un axe de rotation transversal à l’axe principal, est obtenu en alimentant sélectivement les bobines de guidage.

Enfin, l’invention a été illustrée pour la propulsion et le pilotage d’un microrobot destiné à se déplacer dans un matériau visqueux ou viscoélastique, par exemple le liquide céphalo-rachidien ou la matrice extracellulaire du cerveau d'un sujet. En variante, un dispositif de propulsion et de pilotage selon l’invention peut bien entendu être mis en œuvre pour déplacer d’autres types de microstructures, dans le domaine médical ou dans d’autres domaines, notamment un dispositif selon l’invention peut être utilisé pour la propulsion et le pilotage d’un tube flexible mobile, tel qu’un stent ou un cathéter.