Période, durée
mars – juillet 2024
Profil recherché
Élève en M2 ou dernière année d’école d’ingénieur en Mécanique, Mécatronique, ou Physique appliquée
Gratification
4,05€/h (standard)
Lieu
Annecy-le-vieux ; Maison de la mécatronique ; laboratoire Symme
Sujet
Contexte :
Dans de nombreuses applications, le déploiement de câbles et l’utilisation de batteries pour l’alimentation de capteurs peuvent être particulièrement complexes. Dans le cadre de l’alimentation de systèmes biomédicaux présents dans le corps humain (par exemple de pacemakers, dispositifs optogénétiques, capteurs de glucose, etc.), un changement de batterie requiert une intervention chirurgicale à la fois couteuse, complexe, et potentiellement dangereuse.
Afin de remplacer les batteries pour l’alimentation de ces systèmes biomédicaux in-vivo, une solution prometteuse consiste à transférer de l’énergie sans fils à un récepteur placé dans le corps humain. Pour transférer de l’énergie de manière sûre et efficace au travers du corps humain (majoritairement composé d’eau), il est préférable d’utiliser des ondes magnétiques basse-fréquences. Pour cela, un système de transfert de l’énergie basse-fréquence original a été développé au laboratoire SYMME (Annecy) en collaboration avec le CEA-LETI (Grenoble).
Un émetteur (placé en dehors du corps humain) constitué d’une large bobine est alimenté par une source de tension alternative basse-fréquence. Le courant alternatif parcourant la bobine entraine l’apparition d’un champ magnétique alternatif basse-fréquence. Ce champ alternatif entraine le déplacement d’un aimant fixé sur une poutre, au niveau du récepteur placé dans le corps humain. La poutre se met à osciller, déformant un matériau piézoélectrique collé sur cette dernière. La déformation du matériau piézoélectrique entraine l’apparition d’une tension alternative à ses bornes, tension qui peut être redressée et conditionnée afin de charger un condensateur alimentant, par exemple, un capteur de glucose.
Travail demandé :
L’objectif du stage est d’étudier le dimensionnement et la conception mécanique d’un récepteur optimisé pour le transfert d’énergie sans fil (aussi appelé antenne électromécanique). L’idée serait d’explorer des dimensionnements originaux, à base de résonateurs non-linéaires, afin de pouvoir faire fonctionner le résonateur à très basse fréquence tout en minimisant son volume et maximisant la puissance transmise. Le travail du stagiaire se décomposerait de la manière suivante :
• Prise en main de la littérature sur le sujet de la transmission d’énergie sans fil électrodynamique et compréhension des modèles et des contraintes applicatives. [10%]
• Étude en simulation (Matlab/Simulink) de l’utilisation d’un récepteur non-linéaire pour le transfert d’énergie sans fil. Exploration de comportements non-linéaires exotiques. [30%]
• Dimensionnement du récepteur, et simulation par éléments finis (COMSOL). Le récepteur pourrait, par exemple, être basé sur un système résonant bistable, à base de poutres flambées. [25%]
• Conception (SolidEdge) des plans du récepteur, en vue de sa fabrication qui sera sous-traité. [20%]
• Validation expérimentale du récepteur, sur un banc de test du laboratoire dédié au transfert d’énergie sans fil. [15%]
Selon l’avancement du stage, une présentation lors d’une conférence scientifique ou la rédaction d’un article scientifique est envisageable. Ce stage fait partie d’un travail préparatoire pour une thèse qui démarrera en septembre/octobre 2024, financé par l’ANR.
Profil recherché :
Étudiant(e) en dernière année de Master ou d’école d’ingénieur en mécanique, mécatronique ou physique appliquée, ayant un intérêt pour un sujet mêlant CAO mécanique, dynamique nonlinéaire, conversion d’énergie, et système multiphysique (magnétique/mécanique/électrique). Des compétences rédactionnelles et un bon niveau d’Anglais sont aussi attendus. Des connaissances en logiciel de calcul scientifique (Matlab/Simulink/Python), en logiciels de simulation par éléments finis (Ansys/Comsol) et/ou en logiciels de CAO mécanique seraient un plus.
Quelques références sur le sujet :
-V.R. Challa, J.O. Mur-Miranda, and D.P. Arnold, “Wireless power transmission to an electromechanical receiver using low-frequency magnetic fields,” Smart Materials and Structures, 21, 2012.
-A. Ameye, N. Garraud, P. Gasnier, D. Gibus and A. Badel, « Highly coupled hybrid transduction for low-frequency electrodynamic wireless power transfer, » 2021 PowerMEMS, United Kingdom, 2021.
-A. Benhemou et al., « Design approach for post-buckled beams in bistable piezoelectric energy harvesters, » 2022 Wireless Power Week, France, 2022.
Contact
adrien.morel
@univ-smb.fr
Equipe projet
Adrien MOREL, enseignant-chercheur POLYTECH A-C / SYMME
David GIBUS, enseignant-chercheur POLYTECH A-C / SYMME
Ludovic CHARLEUX, enseignant-chercheur POLYTECH A-C / SYMME
Adrien BADEL, enseignant-chercheur POLYTECH A-C / SYMME