Origami structures have a wide range of applications in robotics and have been intensively investigated by researchers in recent years.However, enabling sub-millimeter structures is an open question especially because of the lack of small enough joints. In this paper, compliant joints made of Silica by Focused Ion Beam (FIB) folding are proposed to achieve continuous, highly repeatable large motions. A polyarticulated structure including 3 joints is especially studied following a series of robotic analyses and experimentations to quantify the performances. The size of the structure firstly appears disruptive because smaller than 50 ${\mu }{\rm m}$ in typical overall length, i.e. less than the radius of an optical fiber. Secondly, the structure can achieve a planar workspace of 57 ${\mu }{\rm m}$ squared, which is significantly large compared to the structure dimension. Thirdly, repetitive movements performed at randomly selected positions, demonstrate an excellent repeatability standard deviations of 227 nm and 216 nm in x and y directions, respectively. These results together state the interest of novel polyarticulated structures resulting from the FIB folding as a basis for the next tethered nanorobotics generation.

Nanorobotic Origami Unfolded at the Tip of Optical Fiber: Le besoin de systèmes de caractérisation et de manipulation fonctionnant à très petite échelle émergent en raison de l'intérêt de la recherche et des industriels pour de nombreux micro- et nano-objets. Ces besoins sont considérables et couvrent un large éventail d'applications. Les robots de nanopositionnement commerciaux actuellement disponibles présentent de fortes limitations en termes d'espace de travail et de répétabilité en raison de leur grande différence de taille avec l'objet. Cette thèse à consister à étudier une nouveau paradigme de génération de mouvement robotisés pour les application à l'échelle nanométrique. L'approche originale proposée est basée sur le déploiement d'une structure origami 3D actionnée par laser à l'extrémité de la fibre optique dans un Microscope Electronique à Balayage (MEB). Cela implique de couper, plier, assembler une structure origami en silice à l'aide d'un Faisceau d'Ions Focalisé (FIB), et de générer son déploiement à l'extrémité de la fibre optique en utilisant le flux optique. Des joints élastiques en silice fabriqués par pliage induit par FIB sont proposés pour être utilisés comme joints robotiques. La méthode de fabrication contrôlable et répétable des joints en origami est étudiée. Une structure polyarticulée composée des joints en origami est étudié expérimentalement. La taille de la structure apparaît disruptive car inférieure à 50 µm en largeur totale typique. Elle permet pour la première fois le transfert de mouvement dans un grand espace de travail de 57 µm carrés avec une excellente répétabilité: écarts types de 227 nm et 216 nm dans les directions x et y, respectivement. Enfin, une étude de cas d'un préhenseur sub-50 µm ultra-compact avec l'actionnement intégré et se déployant à l'extrémité d'une fibre optique étirée est démontrée. Ces résultats ouvrent la voie à des nouvelles structures polyarticulées issues du pliage FIB comme base pour la prochaine génération nanorobotique.

The capability to precisely fabricate and manipulate small-scale liquid metal droplets is important for the development of emerging technologies in the fields of micro-robotics, printable electronics, biomedical engineering, and nanocharacterization. However, the reproducible fabrication of liquid metal droplets with diameters at the micro- and sub-micrometer scale at a precisely defined location remains a key challenge towards realizing these applications. In this study, we demonstrate that sub-micron diameter liquid metal droplets can be fabricated in a reproducible manner via the combination of an electromigration and focused ion beam (FIB)-induced sputtering process. Electromigration is used to generate droplets at specific locations, and FIB sputtering is used to control the final diameter of the droplets. Using Galinstan as a case study, the method is established by analyzing the actual sputtering yield of Galinstan processed with different FIB parameters. The reproducibility of fabricating liquid metal droplets with a radius of 10 $$\upmu$$ m and 5 $$\upmu$$ m is experimentally investigated, resulting in standard deviations of 0.168 $$\upmu$$ m and 0.63 $$\upmu$$ m, respectively. The evaluated fabrication method is therefore expected to be well suited for developing liquid metal-based robotic actuators, drug delivery devices, and contact angle measurement (CAM) techniques carried out inside the scanning electron microscope (SEM).