Thèse soutenue

Conception et commande d'un robot endoscopique continu à actionneurs en polymères électroactifs pour le diagnostic du cancer de la vessie
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Auteur / Autrice : Quentin Jacquemin
Direction : Nazih MechbalLaurent Berthe
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Biomécanique (AM)
Date : Soutenance le 04/06/2021
Etablissement(s) : Paris, HESAM
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Procédés et Ingeniérie en Mécanique et Matériaux (Paris) - Procédés et Ingeniérie en Mécanique et Matériaux (Paris)
établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....)
Jury : Président / Présidente : Olivier Cussenot
Examinateurs / Examinatrices : Nazih Mechbal, Rui Cortesao, Laurent Corté, Sylvie TENCé-GIRAULT, Damien Thuau, Eric Monteiro, Jean-Rémy Chardonnet
Rapporteurs / Rapporteuses : Rui Cortesao, Laurent Corté

Résumé

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La chirurgie mini-invasive (MIS) est une alternative connue à la traditionnelle chirurgie ouverte. La MIS est utilisée pour diagnostiquer et traiter le cancer de la vessie durant un examen cystoscopique. La cystoscopie consiste à insérer un instrument flexible dans l'urètre pour détecter d'éventuelles lésions en parcourant la paroi vésicale. Cependant, une observation complète de cet organe peut être compromise par les incertitudes liées au facteurs humains et environnementaux. Cette incertitude pourrait être compensée par une automatisation partielle ou totale du geste cystoscopique, ce qui n'est pas le cas à l'heure actuelle. De nos jours, les avancées technologiques concernant les matériaux ont ouvert une voie nouvelle et prometteuse pour concevoir des structures intelligentes et continues adaptées aux contraintes de dimension des outils chirurgicaux. Parmi les matériaux intelligents, les polymères électrostrictifs présentent une capacité de déformation très importante, une rapidité et une précision de contrôle et un mouvement répétable et réversible. Cependant, ce mouvement nécessite des champs électriques très élevés et incompatibles avec une application In Vivo. Afin de contrecarrer cette problématique, un actionneur en multicouches à base de matériau intelligent a été proposé. Dans cette thèse, le terpolymère P(VDF-TrFE-CTFE), un relaxeur ferroélectrique de la famille des polymères électrostrictifs a été choisi pour sa capacité de déformation de près de 8%. Le grand nombre de paramètres impliqués dans cet actionneur nous a mené vers le développement d'un modèle aux éléments finis sur Abaqus afin de guider la réalisation d'un prototype expérimental. Enfin, le robot doit naviguer dans un environnement de dimension réduite, sans amer et sous l'effet de perturbations inconnues issues du mouvement de l'organe. Afin de garantir une navigation précise et en toute sécurité les modèles géométrique, cinématique et dynamique du robot ont été développés. Pour valider ces modèles, une analyse en cosimulation a été proposée, elle couple les logiciels Abaqus, Matlab et Simulink pour tester des algorithmes de commande.