Microrobotique pour l'instrumentation scientifique

Sinan Haliyo

Mokrane Boudaoud

Stéphane Régnier

Edison Gerena

Ferhat Sadak

Équipe Interactions Multi-Échelles

Manipulation & Caractérisation

Objets observables sous microscope optique ou MEB
Dimensions de 10nm à 100µm

  • Composants micro-opto-electro-mécatronique (MOEMS)
  • Échantillons biologiques in-vitro
  • Microfossiles

Applications

  • Recherche biochimie & biophysique
  • Études Cliniques
  • Évaluation des thérapies médicamenteuses
  • Transgénique, cellules souches
  • Fécondation in-vitro
  • Diagnostic, pharmacologie, alimentaire...

 

Besoins

  • Transport: Déplacer / orienter
  • Interactions cellules / bactéries / ...
  • Caractérisations mécanique, chimique, électrique
  • Injection & Extraction

 

Manipulation in-vitro des échantillons biologiques

Manipulateurs Mécaniques et Pipettes

  • Porte-outils pour pipettes et aiguilles
  • Systèmes électromécaniques de précision
  • Contact mécanique direct dans une chambre ouverte
     

Marché global en micromanipulation:  
         hôpitaux, cliniques, labos

  • Volume estimé de 200M€ à 450M€ (2026)
  • CAGR estimé de 22% (études 2018 / 2019)
  • Compétition forte, spécialisée sur des techniques d'actionnement (~10 sociétés)
  • Facteur différenciant:
    • Interfaces Utilisateur
    • Intégration


Manipulateurs Mécaniques et Pipettes

 Faiblesses des solutions actuelles


Manque de main d'oeuvre spécialisées

  • Interfaces rudimentaires
  • Savoir-faire technique: besoin de dextérité et d'expertisation
  • Formation de techniciens spécialisés,

Évolution faible depuis ~40 ans
 

Techniques peu adaptées aux nouveaux besoins:

  • Confinement et contrôle d'environnement total
  • Lab-on-chip, puces microfluidiques
  • Accès précis à un spécimen isolé
  • Récolte d'informations

Instruments développés

Robotique interactive pour les microéchelles

  • Pinces optiques
  • Microfluidique

 

  • Scanning Force Microscopy
  • Champs magnetiques

 

Instruments développés

Exploitation robotique des principes physiques propres  aux microéchelles

  • Scanning Force Microscopy
  • Champs magnetiques
  • Pinces optiques
  • Microfluidique

 

Optical Tweezers

  • A tightly focused laser beam to trap micro objects (1 - 5 µm)
  • Non-contact multi object manipulation in liquid
  • Laser wavelength : 1070nm
  • Laser power: 400mW

3D force measurement  :

  • Position tracking with an Event-Camera
  • ~ 10 pn resolution, 300 pN max
  • 300 Hz / 1 kHz bandwidth

3D actuation and measurement

The "robot" is the laser path actuated with active MOEMS components and 3DoF sample-holder

Multitrap OPTOBOTS

Microrobots Optiques

Des microrobots produits par impression 3D

  • Téléopérés en 6D en milieu liquide
  • Capture d'efforts d'interaction
  • Actionnement sans contact
  • Outils terminaux variés
  • Biocompatibles

Rotation 3D des cellules

Mesure d'interaction lymphocyte / Cancer

Institut Pasteur,

plateforme Diagnostic & Thérapies

Fécondation in Vitro

  • Sélection des gamètes
  • Automatisation de la collecte & injection

Hopital Tenon, service d'AMP

Correlative microscopy

Imagerie MEB + AFM

SEM ZEISS EVO 40 avec système robotique et AFM

Nano-structure topography scan at 4 fps

Controle à modèle hybride

ML + Continuous-Time Dynamics Models

 

Électrophysiologie
temps-réel des Paramécies

«Patch-Clamp»

Institut de la Vision,
Neurosciences computationnelles

Opportunités

ANR OptoBots (350k€), JCJC Robin (245k€)

DIM Equipement 3BIOT (100k€)

CNRS Innovation (130 k€)

TIRREX + INS2I équipement (400k€)

Pistes de collaboration

Maturation du plateforme de biologie expérimentale

Manipulation, caractérisation

Imagerie fluorescent / hyperspectrale

Traitement de signaux biophysiques

Opportunités

ANR OptoBots (350k€), Dynabot (220k€), JCJC Robin (245k€)

DIM Equipement 3BIOT (100k€)

CNRS Innovation (130 k€)

TIRREX + INS2I équipement (400k€)

Pistes & Perspectives

Contrôle actif pour la caractérisation

Vision par caméra événementiel / approches ML

Imagerie fluorescent / hyperspectrale

Traitement de signaux biophysiques