{"id":12494,"date":"2026-03-20T10:52:27","date_gmt":"2026-03-20T09:52:27","guid":{"rendered":"https:\/\/www.isir.upmc.fr\/?post_type=isir_news&p=12494"},"modified":"2026-03-20T10:52:49","modified_gmt":"2026-03-20T09:52:49","slug":"contributions-to-robotics-and-control-for-correlative-in-situ-afm-in-sem-microscopy-soutenance-hdr-de-mokrane-boudaoud","status":"publish","type":"isir_news","link":"https:\/\/www.isir.upmc.fr\/actualites\/contributions-to-robotics-and-control-for-correlative-in-situ-afm-in-sem-microscopy-soutenance-hdr-de-mokrane-boudaoud\/","title":{"rendered":"\u00ab\u00a0Contributions to robotics and control for correlative in situ AFM-in-SEM microscopy\u00a0\u00bb, soutenance HDR de Mokrane Boudaoud"},"content":{"rendered":"\n
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Mokrane Boudaoud<\/strong>, ma\u00eetre de conf\u00e9rences \u00e0 Sorbonne Universit\u00e9 et chercheur \u00e0 l’ISIR, soutiendra son Habilitation \u00e0 Diriger des Recherches (HDR), le mardi 24 mars 2026 \u00e0 l’ISIR, sur le campus Pierre et Marie Curie de Sorbonne Universit\u00e9.\u00a0<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n

Titre de ses travaux : \u00ab\u00a0Contributions to robotics and control for correlative in situ AFM-in-SEM microscopy\u00a0\u00bb<\/strong><\/p>\n\n\n\n

La composition du jury est la suivante : <\/p>\n\n\n\n

– Micha\u00ebl Gauthier, Directeur de recherche CNRS \u00e0 l\u2019Institut FEMTO-ST, Besan\u00e7on, FR, Rapporteur.
– Nicolas Marchand, Directeur de recherche CNRS au laboratoire GIPSA-lab, Grenoble, FR, Rapporteur.
– Pierre Renaud, Professeur \u00e0 l\u2019INSA de Strasbourg, Strasbourg, FR, Rapporteur.
– Sinan Haliyo, Professeur \u00e0 Sorbonne Universit\u00e9, Paris, FR, Examinateur.
– Reza Moheimani, Professeur \u00e0 University of Texas at Dallas, Dallas, USA, Examinateur.
– Pascal Morin, Professeur a MINES Paris-PSL, Paris, FR, Examinateur.
– Christine Prelle, Professeure \u00e0 l\u2019Universit\u00e9 de Technologie de Compi\u00e8gne, Compi\u00e8gne, FR, Examinatrice.
– St\u00e9phane R\u00e9gnier, Professeur \u00e0 Sorbonne Universit\u00e9, Paris, FR, Examinateur.<\/p>\n\n\n\n

R\u00e9sum\u00e9 de son habilitation : <\/strong><\/p>\n\n\n\n

Cette habilitation \u00e0 diriger des recherches pr\u00e9sente une synth\u00e8se de mes activit\u00e9s de recherche, d\u2019encadrement et de coordination scientifique men\u00e9es au cours des douze derni\u00e8res ann\u00e9es au sein de l\u2019ISIR, dans le domaine de l\u2019automatique et de la robotique appliqu\u00e9es aux syst\u00e8mes micro-robotiques. Mes travaux portent principalement sur la conception, la mod\u00e9lisation et la commande de dispositifs d\u00e9di\u00e9s \u00e0 la manipulation, \u00e0 la caract\u00e9risation et \u00e0 la microscopie \u00e0 sonde locale \u00e0 l\u2019\u00e9chelle submillim\u00e9trique. Ils s\u2019articulent autour du d\u00e9veloppement de syst\u00e8mes robotiques de microscopie \u00e0 force atomique (AFM) polyarticul\u00e9s, rapides et multi-\u00e9chelles, capables d\u2019op\u00e9rer in situ dans un microscope \u00e9lectronique \u00e0 balayage (SEM) dans le cadre de la microscopie corr\u00e9lative avanc\u00e9e AFM-in-SEM.<\/p>\n\n\n\n

Les probl\u00e9matiques scientifiques abord\u00e9es s\u2019inscrivent \u00e0 l\u2019interface entre automatique, robotique et instrumentation. Elles concernent notamment: (i) la mod\u00e9lisation non lin\u00e9aire multi-\u00e9chelle d\u2019actionneurs pi\u00e9zo\u00e9lectriques inertiels, avec une attention particuli\u00e8re port\u00e9e aux ph\u00e9nom\u00e8nes de frottement, (ii) le d\u00e9veloppement de m\u00e9thodologies de commande pour des syst\u00e8mes non lin\u00e9aires hybrides, appliqu\u00e9es \u00e0 l\u2019actionnement pi\u00e9zo\u00e9lectrique inertiel en AFM, (iii) le d\u00e9veloppement de m\u00e9thodologies de commande pour des syst\u00e8mes pi\u00e9zo\u00e9lectriques \u00e0 actionnement diff\u00e9rentiel de type \u00ab push-pull \u00bb, en vue d\u2019applications en AFM haute vitesse, (iv) l\u2019\u00e9laboration de strat\u00e9gies de commande r\u00e9f\u00e9renc\u00e9e vision pour l\u2019AFM robotique au sein d\u2019un microscope \u00e9lectronique, (v) le d\u00e9veloppement de m\u00e9thodes robotiques et de fusion de donn\u00e9es pour l\u2019imagerie topographique \u00e9tendue, et (vi) la mise au point de m\u00e9thodes d\u2019\u00e9talonnage de syst\u00e8mes robotiques de haute pr\u00e9cision fond\u00e9es sur l\u2019imagerie \u00e9lectronique et la topographie de surface.<\/p>\n\n\n\n

Apr\u00e8s une analyse des principales techniques de microscopie (optique, \u00e9lectronique et \u00e0 sonde locale) mettant en \u00e9vidence leurs compl\u00e9mentarit\u00e9s et leurs limitations intrins\u00e8ques, mes travaux proposent de d\u00e9passer ces contraintes gr\u00e2ce \u00e0 des approches robotiques innovantes. Les premi\u00e8res contributions ont port\u00e9 sur l\u2019int\u00e9gration d\u2019actionneurs pi\u00e9zo\u00e9lectriques inertiels de type stick-slip dans des syst\u00e8mes AFM permettant d\u2019\u00e9tendre significativement la plage de d\u00e9placement tout en conservant une r\u00e9solution nanom\u00e9trique. Dans ce cadre, des mod\u00e8les unifi\u00e9s multi-\u00e9chelles ainsi que des lois de commande robustes ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9velopp\u00e9s afin d\u2019am\u00e9liorer les performances en navigation et en imagerie. Par ailleurs, une approche active de mesure de force, fond\u00e9e sur un rejet de perturbations en boucle ferm\u00e9e, a \u00e9t\u00e9 \u00e9tudi\u00e9e pour optimiser les compromis entre r\u00e9solution, bande passante et plage de mesure.<\/p>\n\n\n\n

Ces travaux ont ensuite \u00e9volu\u00e9 vers la conception et la commande de syst\u00e8mes AFM \u00e0 haute vitesse reposant sur des structures d\u2019actionnement et de mesure diff\u00e9rentielles (push-pull) enti\u00e8rement pi\u00e9zo\u00e9lectriques. Ces d\u00e9veloppements ont permis d\u2019atteindre des vitesses d\u2019imagerie de plusieurs images par seconde avec une r\u00e9solution nanom\u00e9trique en utilisant des sondes de mesure auto-capteur (self-sensing). Cela a \u00e9t\u00e9 permis gr\u00e2ce \u00e0 des strat\u00e9gies avanc\u00e9es de commande et de traitement du signal.<\/p>\n\n\n\n

Je me suis par ailleurs int\u00e9ress\u00e9 \u00e0 l\u2019automatisation de la microscopie corr\u00e9lative AFM-in-SEM. Plusieurs algorithmes originaux ont \u00e9t\u00e9 propos\u00e9s, incluant l\u2019atterrissage automatique longue port\u00e9e de la sonde, le guidage visuel robuste bas\u00e9 sur les images SEM, ainsi que la reconstruction d\u2019images topographiques multi-\u00e9chelles en mosa\u00efque. Ces approches permettent de rendre l\u2019utilisation de ces syst\u00e8mes complexes de mani\u00e8re plus fiable et accessible, tout en \u00e9largissant consid\u00e9rablement leur champ d\u2019application.<\/p>\n\n\n\n

Enfin, le d\u00e9veloppement d\u2019une plateforme robotique AFM \u00e0 6 degr\u00e9s de libert\u00e9 a permis des avanc\u00e9es significatives en m\u00e9trologie microscopique et en manipulation in situ. Des m\u00e9thodes originales d\u2019\u00e9talonnage, d\u2019identification et de commande ont \u00e9t\u00e9 propos\u00e9es afin de ma\u00eetriser avec pr\u00e9cision la position, l\u2019orientation et le centre de rotation de d\u2019une sonde AFM microm\u00e9trique. Ces contributions ouvrent la voie \u00e0 des applications avanc\u00e9es telles que la spectroscopie de force et la caract\u00e9risation tridimensionnelle d\u2019\u00e9chantillons microm\u00e9triques au sein d\u2019un microscope \u00e9lectronique.<\/p>\n\n\n\n

Mes travaux ont \u00e9t\u00e9 soutenus par plusieurs projets de recherche nationaux et europ\u00e9ens. Les contributions en automatique et robotique positionnent les syst\u00e8mes AFM-in-SEM d\u00e9velopp\u00e9s \u00e0 l\u2019ISIR comme uniques au niveau international. Elles ouvrent de nouvelles perspectives en robotique micro- et nanom\u00e9trique, en instrumentation scientifique et en microscopie corr\u00e9lative, avec des applications interdisciplinaires.<\/p>\n\n\n\n

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Contact : Mokrane Boudaoud<\/a><\/strong>, ma\u00eetre de conf\u00e9rences<\/p>\n\n\n\n

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Publi\u00e9 le 20\/03\/202<\/em>6<\/p>\n\n\n\n

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