Projet HANDLE

Institut des Systèmes Intelligents et de Robotique (ISIR)

PARIS CEDEX 05

Les chercheuses et les chercheurs de l’ISIR contribuent à anticiper les transformations profondes de nos sociétés induites par l’avènement des robots et des systèmes d’intelligence artificielle. Ils travaillent sur l’autonomie des machines et leur capacité à interagir avec les êtres humains. Rassemblés en équipes pluridisciplinaires, ils créent toutes sortes de systèmes intelligents et interactifs, physiques, virtuels ou de réalité mixte. Leurs applications répondent à des enjeux sociétaux majeurs : santé, industrie du futur, transports, et service à la personne.

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Microrobots optiques conçus par l’ISIR, vus en microscopie électronique à balayage (MEB). Ces robots fabriqués via une imprimante 3D mesurent entre 10 et 25 µm, environ deux fois le diamètre d’un globule rouge, et sont utilisés pour manipuler des cellules. Grâce à leurs poignées optiques (des sphères de 3 µm), ils peuvent être déplacés à distance par un faisceau laser. Cette technologie repose sur le principe des pinces optiques : en focalisant la lumière laser sur un objet microscopique, il…

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Microrobots optiques conçus par l'ISIR pour manipuler des cellules
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Bracelet muni d’un effecteur permettant de retranscrire l'effort appliqué sur les tissus durant une opération de chirurgie cœlioscopique. La cœlioscopie permet d’intervenir sur les organes de l’abdomen sans ouvrir la paroi abdominale, en insérant une caméra et des instruments chirurgicaux via de petites incisions. Elle réduit le risque de complications mais nécessite une grande maîtrise technique de la part du chirurgien, qui doit notamment pallier les distorsions haptiques (perte du toucher et…

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Bracelet retranscrivant l'effort appliqué sur les tissus durant la cœlioscopie
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Robots au comportement aléatoire dans une arène. Ils sont utilisés comme modèles en physique de la matière active dans le cadre de l’ANR Morpho-functional swarm robotics (MSR). Ce domaine étudie les organisations macroscopiques sur la base d’interactions microscopiques entre des particules en mouvement, comme les trajectoires des bactéries qui s’alignent à cause de leur forme, sans décision logique de leur part. De même, ces robots sont programmés pour aller tout droit mais développent des…

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Robots au comportement aléatoire dans une arène
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Sonde pédiculaire d’un robot de perçage automatisé pour le placement d'implants osseux. Cette sonde développée par la société SpineGuard est équipée d’un capteur DSG (dynamic surgical guidance) qui détecte la conductivité électrique des tissus. Des algorithmes d'interprétation des données en déduisent la nature du tissu et envoient un signal d’alerte si une brèche osseuse, source de complications pour le patient, est imminente. A l’heure actuelle, les robots chirurgicaux semi-autonomes visent…

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Sonde pédiculaire d’un robot de perçage automatisé pour le placement d'implants osseux
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Tâche de phototaxie durant une expérience de robotique en essaim. Les robots doivent s’agréger dans la zone lumineuse. En cas de collision, ils sont programmés pour faire face à l’obstacle ou s’aligner. Ces deux règles simples leur permettent de réussir une tâche complexe : ils évitent les murs et les autres robots grâce au comportement d’alignement et, une fois dans la zone lumineuse, ils s'arrêtent en faisant face aux autres robots. Il n’y a donc pas besoin de programmer un comportement d…

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Tâche de phototaxie durant une expérience de robotique en essaim
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Tâche de phototaxie durant une expérience de robotique en essaim. Ces robots simples, qui avancent en ligne droite et ne communiquent qu’avec leurs voisins, doivent s’agréger dans la zone lumineuse. Le processus d’auto-organisation leur permet de réaliser une tâche complexe à partir de règles locales simples, la somme des décisions individuelles développant un comportement organisé à l’échelle du groupe sans avoir recours à un contrôleur global. Ces robots sont utilisés pour tester et améliorer…

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Tâche de phototaxie durant une expérience de robotique en essaim
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Opérateur déterminant la raideur d’échantillons cachés derrière un rideau, aidé par un robot d’assistance à la chirurgie cœlioscopique. La cœlioscopie permet d’intervenir sur les organes de l’abdomen sans ouvrir la paroi abdominale, en insérant une caméra et des instruments chirurgicaux via de petites incisions. Elle réduit le risque de complications mais nécessite une grande maîtrise technique de la part du chirurgien, qui doit notamment pallier les distorsions haptiques (perte du toucher et…

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Test d’un robot d’assistance à la chirurgie cœlioscopique
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Robots au comportement aléatoire dans une arène. Ils sont utilisés comme modèles en physique de la matière active dans le cadre de l’ANR Morpho-functional swarm robotics (MSR). Ce domaine étudie les organisations macroscopiques sur la base d’interactions microscopiques entre des particules en mouvement, comme les trajectoires des bactéries qui s’alignent à cause de leur forme, sans décision logique de leur part. De même, ces robots sont programmés pour aller tout droit mais développent des…

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Robots au comportement aléatoire dans une arène
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Sonde pédiculaire d’un robot de perçage automatisé pour le placement d'implants osseux. Cette sonde développée par la société SpineGuard est équipée d’un capteur DSG (dynamic surgical guidance) qui détecte la conductivité électrique des tissus. Des algorithmes d'interprétation des données en déduisent la nature du tissu et envoient un signal d’alerte si une brèche osseuse, source de complications pour le patient, est imminente. A l’heure actuelle, les robots chirurgicaux semi-autonomes visent…

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Sonde pédiculaire d’un robot de perçage automatisé pour le placement d'implants osseux
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Robots mobiles lors d'une expérience de robotique en essaim. Durant une tâche de phototaxie, ces robots doivent s’agréger dans la zone lumineuse. En cas de collision, ils sont programmés pour faire face à l’obstacle ou s’aligner. Ces deux règles simples leur permettent de réussir une tâche complexe : ils évitent les murs et les autres robots grâce au comportement d’alignement et, une fois dans la zone lumineuse, ils s'arrêtent en faisant face aux autres robots. Il n’y a donc pas besoin de…

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Tâche de phototaxie durant une expérience de robotique en essaim
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Tâche de phototaxie durant une expérience de robotique en essaim. Ces robots simples, qui avancent en ligne droite et ne communiquent qu’avec leurs voisins, doivent s’agréger dans la zone lumineuse. Le processus d’auto-organisation leur permet de réaliser une tâche complexe à partir de règles locales simples, la somme des décisions individuelles développant un comportement organisé à l’échelle du groupe sans avoir recours à un contrôleur global. Ces robots sont utilisés pour tester et améliorer…

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Tâche de phototaxie durant une expérience de robotique en essaim
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Opérateur déterminant la raideur d’échantillons cachés derrière un rideau, aidé par un robot d’assistance à la chirurgie cœlioscopique. La cœlioscopie permet d’intervenir sur les organes de l’abdomen sans ouvrir la paroi abdominale, en insérant une caméra et des instruments chirurgicaux via de petites incisions. Elle réduit le risque de complications mais nécessite une grande maîtrise technique de la part du chirurgien, qui doit notamment pallier les distorsions haptiques (perte du toucher et…

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Test d’un robot d’assistance à la chirurgie cœlioscopique
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Test d’un capteur de force actif constitué d’un laser couplé à un microsystème électromécanique (MEMS), utilisé pour mesurer la raideur de cellules biologiques. Il mesure la raideur d’un échantillon en se basant sur la force appliquée sur ce dernier, qui est elle-même reconstruite à partir de la tension électrique ayant permis la régulation de la position de la sonde capteur mesurée avec le laser. L’avantage du laser est d’obtenir une mesure extrêmement précise (de résolution nanométrique) sans…

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Test d’un capteur de force actif destiné à mesurer la raideur de cellules biologiques
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Simulation du perçage d’un pédicule pour placer une vis avec un robot d’assistance à la chirurgie de la colonne vertébrale. Un bras est muni d’une sonde pédiculaire développée par la société SpineGuard qui interprète la conductivité électrique des tissus durant le perçage. Elle envoie un signal en cas de contact avec le liquide cérébro-spinal (très conducteur) et alerte l’opérateur de l’imminence d’une brèche dans le canal vertébral. L’autre bras muni d’un endoscope offre un retour visuel. A l…

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Test d'un robot d’assistance à la chirurgie de la colonne vertébrale
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Opérateur déterminant la raideur d’échantillons cachés derrière un rideau, aidé par un robot d’assistance à la chirurgie cœlioscopique. La cœlioscopie permet d’intervenir sur les organes de l’abdomen sans ouvrir la paroi abdominale, en insérant une caméra et des instruments chirurgicaux via de petites incisions. Elle réduit le risque de complications mais nécessite une grande maîtrise technique de la part du chirurgien, qui doit notamment pallier les distorsions haptiques (perte du toucher et…

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Test d’un robot d’assistance à la chirurgie cœlioscopique
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Enregistrement d’une tâche de phototaxie durant une expérience de robotique en essaim. Ces robots simples, qui avancent en ligne droite et ne communiquent qu’avec leurs voisins, doivent s’agréger dans la zone lumineuse. Le processus d’auto-organisation leur permet de réaliser une tâche complexe à partir de règles locales simples, la somme des décisions individuelles développant un comportement organisé à l’échelle du groupe sans avoir recours à un contrôleur global. Ces robots sont utilisés…

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Tâche de phototaxie durant une expérience de robotique en essaim
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Simulation du perçage d’un pédicule pour placer une vis avec un robot d’assistance à la chirurgie de la colonne vertébrale. Un bras est muni d’une sonde pédiculaire développée par la société SpineGuard qui interprète la conductivité électrique des tissus durant le perçage. Elle envoie un signal en cas de contact avec le liquide cérébro-spinal (très conducteur) et alerte l’opérateur de l’imminence d’une brèche dans le canal vertébral. L’autre bras muni d’un endoscope offre un retour visuel. A l…

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Test d'un robot d’assistance à la chirurgie de la colonne vertébrale
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Mesure de la raideur d'un objet en PDMS (un polymère) lors du test d'un capteur de force actif destiné à mesurer la raideur de cellules biologiques. Ce capteur est de type MEMS (Microsystème électromécanique). Il permet de réaliser des mesures de forces par compensation grâce à une boucle de régulation. La mesure de la position de la sonde du capteur est effectuée avec un laser. Un des avantages d’une mesure active est la possibilité d’adapter l’impédance du capteur par rapport à celle de l…

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Test d’un capteur de force actif destiné à mesurer la raideur de cellules biologiques
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Opérateur déterminant la raideur d’échantillons cachés derrière un rideau, aidé par un robot d’assistance à la chirurgie cœlioscopique. La cœlioscopie permet d’intervenir sur les organes de l’abdomen sans ouvrir la paroi abdominale, en insérant une caméra et des instruments chirurgicaux via de petites incisions. Elle réduit le risque de complications mais nécessite une grande maîtrise technique de la part du chirurgien, qui doit notamment pallier les distorsions haptiques (perte du toucher et…

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Test d’un robot d’assistance à la chirurgie cœlioscopique
20220058_0012
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Robots mobiles durant une expérience de robotique en essaim comprenant une tâche de phototaxie. Ces robots simples, qui avancent en ligne droite et ne communiquent qu’avec leurs voisins, doivent s’agréger dans la zone lumineuse. Le processus d’auto-organisation leur permet de réaliser une tâche complexe à partir de règles locales simples, la somme des décisions individuelles développant un comportement organisé à l’échelle du groupe sans avoir recours à un contrôleur global. Ces robots sont…

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Tâche de phototaxie durant une expérience de robotique en essaim
20220058_0018
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Simulation du perçage d’un pédicule pour placer une vis avec un robot d’assistance à la chirurgie de la colonne vertébrale. Un bras est muni d’une sonde pédiculaire développée par la société SpineGuard qui interprète la conductivité électrique des tissus durant le perçage. Elle envoie un signal en cas de contact avec le liquide cérébro-spinal (très conducteur) et alerte l’opérateur de l’imminence d’une brèche dans le canal vertébral. L’autre bras muni d’un endoscope offre un retour visuel. A l…

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Test d'un robot d’assistance à la chirurgie de la colonne vertébrale
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Objets en PDMS, un polymère utilisé lors du test d’un capteur de force actif capable de mesurer, par un principe de régulation, la raideur de cellules biologiques. Ces échantillons de PDMS ont des raideurs différentes. Le capteur mesure la raideur d’un échantillon en se basant sur la force appliquée sur ce dernier, qui est elle-même reconstruite à partir de la tension électrique ayant permis la régulation de la position de la sonde capteur mesurée avec le laser. L’avantage du laser est d…

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Test d’un capteur de force actif destiné à mesurer la raideur de cellules biologiques
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Utilisation interne/pas d'usage commercial

Saisir un stylo, enfoncer un clou, insérer une carte de crédit, visser une ampoule… Ancien sportif paralympique de haut niveau et pilote de l’équipe française Smart ArM, Christophe Huchet s’entraîne ici pour le Cybathlon 2020. Ces Jeux Olympiques hors normes sont organisés depuis 2016, tous les 4 ans, pour les personnes en situation de handicap équipées de technologies actives et robotiques. L’athlète est équipé d’une prothèse de bras, spécialement conçue pour lui, qui est l’une des seules de…

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Une prothèse plus intuitive
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Nathanaël Jarrassé, chercheur en robotique au sein de l’équipe AGATHE de l’Institut des systèmes intelligents et de robotique, spécialisé dans l’interaction physique Humain-Robot pour des applications de rééducation et d’assistance. "Au-delà de la fiction familière du cyborg, notre corps a du mal à s’approprier les robots d’assistance ; même si la mécatronique progresse, l’interface humain/machine et l’intégration sensorimotrice de ces outils restent limitées. Ingénieur en génie industriel de…

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Nathanaël Jarrassé, chercheur en robotique
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Manipulation d’une cellule à l’aide d’un microrobot sur une station de pinces optiques. Ce dispositif permet de manipuler des objets de taille micrométrique sans contact, grâce à la force résultant de la réfraction d’un faisceau laser. C’est le principe du piège optique. La télé-opération est utilisée pour des échantillons biologiques devant être confinés (cellules cancéreuses, bactéries, parasites, etc.). A l’écran, un microrobot sert d’intermédiaire : il est contrôlé via les pinces optiques…

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Manipulation d’une cellule à l’aide d’un microrobot sur une station de pinces optiques
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Insertion d’un robot nageur dans une plateforme de microrobotique mobile permettant de contrôler la trajectoire de micronageurs par actionnement magnétique. Le dispositif possède deux caméras qui permettent un retour visuel, via la reconstruction 3D d’environnement, pour détecter la position du nageur et contrôler sa trajectoire. A l’heure actuelle, le contrôle hors plan est à l’étape de la preuve de concept et les nageurs sont encore de taille centimétrique. Leur forme hélicoïdale leur permet…

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Insertion d’un robot nageur dans une plateforme de microrobotique mobile
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Robot micro-positionneur, développé à l’Institut des systèmes intelligents et de robotique (ISIR), muni d’une micropince. Cet outil facilite les manipulations fines et les micromanipulations. La micropince est pilotable en position et en état (ouverture et fermeture) via une pince brucelles instrumentée développée avec Percipio Robotics (non visible). Elle est également munie d'un capteur qui détecte le contact et permet un retour de force.

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Robot micro-positionneur téléopéré
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Installation d’une plateforme dans un microscope électronique à balayage (MEB), où elle remplace le porte-échantillon et permet d’utiliser une sonde de microscopie à force atomique (AFM). A la différence du MEB, qui réalise une topographie de la surface de l’objet grâce à un faisceau d’électrons, l’AFM balaye sa surface à l’aide d’une sonde. Lors de l’analyse AFM, ce robot gagne des degrés de liberté en translation-rotation grâce à une plateforme pivotante pour installer l’échantillon et à un…

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Installation d’une plateforme robotique avec pointe AFM dans un MEB
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Open media modal

Manipulation d’une cellule à l’aide d’un microrobot sur une station de pinces optiques. Ce dispositif permet de manipuler des objets de taille micrométrique par un laser, selon le principe du piège optique. La télé-opération est utilisée pour des échantillons biologiques devant être confinés (cellules cancéreuses, bactéries, parasites, etc.). A l’écran, un microrobot sert d’intermédiaire de manipulation, pour éviter le contact direct entre le matériel biologique et le laser infrarouge qui est…

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Manipulation d’une cellule à l’aide d’un microrobot sur une station de pinces optiques
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Manipulation d’un objet microscopique sous microscope électronique à balayage (MEB). Pour ce faire, une plateforme a préalablement été installée dans le MEB, à la place du porte-échantillon. Elle possède une pointe de microscopie à force atomique (AFM) montée sur un actionneur inertiel, utilisée pour la manipulation. Grâce à des méthodes de suivi de chemin développées par l’Institut des systèmes intelligents et de robotique (ISIR), ce dispositif rend la manipulation intuitive grâce à l…

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Manipulation d’un objet microscopique sous MEB
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Open media modal

Insertion d’un robot nageur dans une plateforme de microrobotique mobile permettant de contrôler la trajectoire de micronageurs par actionnement magnétique. Seul le système d’actionnement est visible ici. Le dispositif possède aussi deux caméras qui permettent un retour visuel, via la reconstruction 3D d’environnement, pour détecter la position du nageur et contrôler sa trajectoire. A l’heure actuelle, le contrôle hors plan est à l’étape de la preuve de concept et les nageurs sont encore de…

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Insertion d’un robot nageur dans une plateforme de microrobotique mobile
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Open media modal

Dispositif HaptiComm (Deafblind Haptic Communicator project), une plateforme matérielle et logicielle permettant de communiquer de manière simplifiée avec une personne sourdaveugle. Ce dispositif haptique mobile transmet un message inscrit dans une application, via un téléphone portable, en langage tactile (langue dont les signes correspondent à des tapes ou des mouvements sur la face interne de la main du destinataire). Simple, robuste et accessible, HaptiComm est fabricable par impression 3D…

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Dispositif HaptiComm (Deafblind Haptic Communicator project)
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Mise en place d’un dispositif permettant d’immobiliser des paramécies, "Paramecium", lors d’un patch-clamp. Cet organisme unicellulaire est un objet de recherche courant en biologie, en neurosciences et en génétique. La technique électrophysiologique du patch-clamp permet d’enregistrer l'activité électrique et électrochimique des cellules. Pour cela, une pipette est introduite dans la cellule en perçant la membrane. En temps normal, la procédure est réalisée manuellement, à l’aide d’un…

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Mise en place d’un dispositif pour immobiliser des paramécies lors d’un patch-clamp
20200028_0015
Open media modal

Manipulation d’une pince brucelles instrumentée. Cet outil, développé par l’Institut des systèmes intelligents et de robotique (ISIR) et Percipio Robotics, facilite les manipulations fines et les micromanipulations. La pince peut en effet être utilisée pour manipuler un robot micro-positionneur (à l’arrière-plan), muni d’une micropince pilotable en position et en état (ouverture et fermeture). Pour obtenir la position et l’orientation de l’outil, la pince brucelles est munie de marqueurs…

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Manipulation d’une pince brucelles instrumentée
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Open media modal

Réglage d’un capteur actif par actionnement magnétique, utilisé pour caractériser les phénomènes physiques dans des zones instables. Il permet de réaliser des captures de force sur une gamme allant de plusieurs centaines de micronewtons à quelques newtons, de manière active. Sa particularité, par rapport à un capteur passif, est son actionneur qui contrôle la position de la sonde à une valeur fixe lorsqu’une force externe est appliquée. Ce capteur, aujourd’hui à l’étape de la preuve de concept,…

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Réglage d’un capteur actif par actionnement magnétique
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Open media modal

Plateforme de microrobotique mobile permettant de contrôler la trajectoire de micronageurs par actionnement magnétique. Le dispositif possède deux caméras qui permettent un retour visuel, via la reconstruction 3D d’environnement, pour détecter la position du robot nageur et contrôler sa trajectoire. A l’heure actuelle, le contrôle hors plan est à l’étape de la preuve de concept et les nageurs sont encore de taille centimétrique. Leur forme hélicoïdale leur permet de se déplacer efficacement en…

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Plateforme de microrobotique mobile permettant de contrôler la trajectoire de micronageurs
20200028_0020
Open media modal

Ouverture d’un dispositif HaptiComm (Deafblind Haptic Communicator project), une plateforme matérielle et logicielle permettant de communiquer de manière simplifiée avec une personne sourdaveugle. Ce dispositif haptique mobile transmet un message saisi dans une application, en le traduisant en langage tactile (langue dont les signes correspondent à des sensations sur la face interne de la main du destinataire). Pour cela, 24 actionneurs développés spécialement pour la communication tactile sont…

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Dispositif HaptiComm (Deafblind Haptic Communicator project)
20200028_0011
Open media modal

Installation d’un échantillon dans le boîtier laser d’une station de pinces optiques. Ce dispositif permet de manipuler des objets de taille micrométrique sans contact, grâce à la force résultant de la réfraction d’un faisceau laser. C’est le principe du piège optique. La télé-opération est utilisée pour des échantillons biologiques devant être confinés (cellules cancéreuses, bactéries, parasites, etc.). Sur cette station, le retour visuel est complété par un retour de force en temps réel,…

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Installation d’un échantillon dans le boîtier laser d’une station de pinces optiques
20200028_0016
Open media modal

Robot micro-positionneur muni d’une micropince pilotée à l’aide d’une pince brucelles instrumentée (à l’arrière-plan). Cet outil, développé par l’Institut des systèmes intelligents et de robotique (ISIR) et Percipio Robotics, facilite les manipulations fines et les micromanipulations. La micropince est pilotable en position et en état (ouverture et fermeture). Pour obtenir la position et l’orientation de l’outil, la pince brucelles est munie de marqueurs passifs dont les mouvements sont…

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Manipulation d’une pince brucelles instrumentée

CNRS Images,

Nous mettons en images les recherches scientifiques pour contribuer à une meilleure compréhension du monde, éveiller la curiosité et susciter l'émerveillement de tous.