Assembler des composants de dimensions microniques représente un défi majeur en termes de manipulation. A la pointe du progrès dans ce domaine, la jeune pousse bisontine Percipio Robotics a développé une plate-forme évolutive qui répond à ce besoin, du protypage jusqu'à la production.

Les enjeux de la miniaturisation dans le secteur biomédical sont de taille. La réduction du volume des systèmes ouvre des perspectives très intéressantes d’implantation dans le corps humain, que ce soit pour l’explorer, comme c’est le cas des capsules endoscopiques, ou pour corriger des fonctions déficientes, ainsi que le permettent les implants auditifs ou les pacemakers. Néanmoins, la barrière de la miniaturisation est difficile à passer. En effet, même si les technologies permettent de descendre en échelle pour la fabrication de très petits composants, la manipulation de ces derniers reste compliquée voire impossible.

C’est le défi qu’a décidé de relever Percipio Robotics, une entreprise spécialisée dans le micro-assemblage robotisé. Après plusieurs années de recherches au sein du laboratoire Femto-ST, David Hériban, fondateur de l’entreprise, a mis au point une solution de préhension adaptée au micro-monde : le PiezoGripper.

Insertion d'une broche de section carrée de 40 x 40 µm (source Percipio).

Une micro-pince piézo-électrique

Le PiezoGripper n’est autre qu’une pince robotisée permettant de manipuler des objets de très petite taille, à la façon d'une pince brucelle. Cette micro-pince utilise deux doigts à actionnement piézo-électrique, conçus sur mesure en fonction de la géométrie de la pièce à manipuler. Chaque doigt est indépendant et peut se déplacer dans deux directions pour plus de dextérité. Au bout de ces doigts sont fixés des organes terminaux permettant de saisir des éléments allant de 5 mm à quelques microns. A cette échelle, les doigts doivent être alignés avec une grande précision pour éviter l’effet ciseaux lors de la saisie d’un composant. L’alignement se fait de façon horizontale et verticale, ce qui permet de corriger à tout moment le placement des doigts. Cette technique de préhension permet de saisir des objets fermement, avec une force pouvant atteindre 40 mN.

Des capteurs de force peuvent être intégrés sur les doigts du PiezoGripper afin de contrôler la force de saisie ou de détecter le début d’une collision par exemple. Parmi les nombreux avantages du matériau piézoélectrique, sa rapidité permet d’atteindre des temps de réponse estimés des doigts inférieurs à 50 ms.

Pour réaliser des assemblages complets, le PiezoGripper est associé à un robot, qui déplace la pince et les pièces dans le champ de vue de plusieurs caméras. L’ensemble forme une plateforme de micro-assemblage conçue pour pouvoir accueillir d’autres éléments utiles au process.

Prenons l’exemple d’un dispositif composé de deux pièces micrométriques à assembler par collage: la pince se déplace dans l’espace grâce au robot et attrape le composant. Un système d’alimentation en colle et un moyen de réticulation (solidification de la colle) sont ajoutés à la plate-forme. Les caméras sont réglées pour contrôler le processus d’assemblage par vision. Une telle machine n’est pas forcément imposante ni compliquée à utiliser. Le Chronogrip, qui est un exemple de plateforme de micro-assemblage conçue par Percipio Robotics, se transporte en effet dans une valise et se pose sur une table.

Simplement relié à un écran pour avoir un retour caméra et à un joystick pour le piloter, le Chronogrip permet à un opérateur de commencer une opération de micro-assemblage en quelques minutes. Il est particulièrement adapté aux phases de prototypage, pour effectuer des tests et ainsi définir le protocole d’assemblage final sur des petites séries de produits.

Calibration d’une machine de production (source Percipio).

Un degré d'automatisation progressif

Lorsque le prototype est validé et qu’il est nécessaire de produire plus, il n’est plus pertinent d’effectuer tous les mouvements du robot de façon télé-opérée. La plateforme permet alors d’augmenter le degré d’automatisation en laissant au robot les tâches simples ou répétitives. Cela peut passer notamment par la création de fonctions accessibles depuis une IHM permettant de se déplacer rapidement à un endroit donné. Il peut aussi s'agir de démarrer une procédure de collage, tout en laissant la main à l’humain pour la gestion des fonctions plus complexes comme l’analyse de la pièce en vue du placement. On peut ainsi automatiser progressivement le process jusqu’à obtenir une machine complètement autonome lorsque les volumes de production deviennent importants.

Pour mettre en place cette facilité d’évolution entre ces différents types de machines, Percipio Robotics travaille conjointement avec des laboratoires de recherche dans des projets de R&D collaboratifs tel que le projet 3SMEMS, financé par l’Europe et regroupant quatre partenaires franc-comtois. L'objectif est de rester à la pointe de la technologie dans le domaine de la conception de systèmes robotiques afin d’assurer une collaboration efficace entre l’Homme et la machine pour les phases de prototypage et de pré-séries, mais aussi une automatisation la plus aboutie possible pour les productions à plus fort volume. C’est dans ce sens que Percipio Robotics souhaite accompagner les entreprises produisant des dispositifs médicaux, leur mettre en main non seulement les outils techniques permettant de briser les barrières de la miniaturisation, mais également une capacité d’adaptation aux contraintes de production.

www.percipio-robotics.com