Les chercheurs de FEMTO-ST qui, pour certains, travaillent au quotidien dans l’infiniment petit ne manquent pas de créativité, ni d’imagination. C’est ainsi qu’en août 2016 Jean-Yves Rauch, son collègue Olivier Lehmann, ingénieur de recherche, et l’équipe nanorobotique du département automatique et systèmes micro-mécatroniques (AS2M) de l’institut FEMTO-ST ont mis au point un nouveau système microrobotique qui repousse les frontières des nanotechnologies optiques. Combinant plusieurs technologies existantes, la plateforme µRobotex^[1], renommée Centre de micro-nano-robotique (CMNR), construit des microstructures dans une grande chambre à vide. Elle permet de fixer les composants sur des pointes de fibres optiques avec une précision de l’ordre du nanomètre.

En manipulant des canons à ions, des faisceaux d’électrons, et en pilotant des robots de manière extrêmement précise, l’équipe nanorobotique de l’institut FEMTO-ST a réussi à assembler une micro-maison[2] disposant d’une porte, de plusieurs fenêtres, d’une cheminée et d’un toit à double pente. Sa caractéristique exceptionnelle est qu’elle plus petite… que le diamètre d’un cheveu car elle mesure 20 microns de large et 15 microns de haut, représentant une surface au sol “habitable” de 200 µm², soit cinq mille fois moins qu’un millimètre carré !

Pour élaborer ce micro-objet, J.-Y. Rauch, O Lehmann et leurs collègues ont utilisé les images d’un microscope électronique à balayage capable de les grossir un million de fois. Ces images permettent de commander les mouvements d’un tout petit robot qui assemble les pièces entre elles. Dans une chambre sous vide de 60*60*60 cm, les chercheurs ont piloté sa construction avec le robot et le canon à ions selon la méthode dite de l’origami. La plateforme µRobotex a découpé le patron de la maison sur une membrane de verre de 1,2 micron d’épaisseur (soit 1,2 millième de millimètre), avant de marquer les plis à la base des murs, qui se relèvent d’eux-mêmes, sans intervention humaine. Un canon à ions faisant office de chalumeau. Le toit et la cheminée viennent ensuite compléter l’édifice.

La « plus petite maison du monde », qui repousse les limites de l’extrêmement petit, a fait l’objet d’une publication en mai 2018 dans le Journal of Vacuum Science and Technology A. L’éditeur américain de la revue scientifique, American Institute of Physic (AIP) publie un communiqué de presse au sujet la micromaison en réponse au phénomène de tiny house[3], très prisé aux USA. Cette prouesse technologique a bénéficié d’une couverture médiatique mondiale inédite pour des travaux de recherche en Bourgogne Franche-Comté : plus de 350 articles de presse, dans 40 langues et 45 pays sont recensés, complétés par des émissions radio, des reportages télévisés (France 3 ; RMC, BFMTV) et un reportage à Femto-ST de l’Agence France Presse (AFP). Frédérique Vidal, ministre de l’Enseignement supérieur, de la Recherche et de l’Innovation, poste un tweet de félicitations. L’année se termine en apothéose pour la micro-maison avec une citation en première position des résultats scientifiques, dans la sélection des plus belles images de l’année 2018 de la prestigieuse revue scientifique Nature le 13 décembre 2018.

À Besançon, ce travail de précision s’inscrit dans la lignée de la tradition de l’industrie horlogère. L’équipe de nanorobotique, l’une des plus grandes en Europe sur cette thématique, avec une cinquantaine de membres, a hérité de cette culture de la mesure exacte du temps, de la minutie de fabrication des pièces, et des travaux en salle blanche pour éviter au maximum poussières et contaminations. Cette avancée permet avant tout d’envisager, par exemple, d’insérer des fibres optiques de la taille d’un cheveu, équipées d’éléments de détection miniaturisés, dans des endroits inaccessibles comme des moteurs à réaction ou des vaisseaux sanguins pour détecter les niveaux de radiation ou les molécules virales.

En 2019, dans la ville natale des frères Lumière, l’équipe réitère un nouvel exploit de haute technologie. En coproduction avec l’université de Franche-Comté, l’université libre de Bruxelles et la société de production Darrowan Prod, FEMTO-ST réalise Stardust Odyssey[4], un court métrage d’animation en stop motion. Là encore l’originalité de cette production est qu’elle est le premier film au monde tourné à l’échelle microscopique. Les micro-figurines de l’animation entrent au Guinness World Records. C’est en regardant Michaël Gauthier, spécialiste en microrobotique au département AS2M de FEMTO-ST présenter… une micro-vache en 2008 au salon Micronora et remporter le Micron d’or 2008, que le réalisateur franc-comtois Tibo Pinsard a l’idée de ce court-métrage. Après trois années de travail, un synopsis voit le jour : un grain de poussière dans le microsillon d’un disque vinyle s’anime, puis se transforme en une forme humanoïde en hommage à David Bowie[5].

Il devient le plus petit personnage en volume jamais animé en stop-motion. Mesurant 300 microns de haut, soit moins d’un tiers d’un millimètre, le personnage microscopique est quasiment invisible à l’œil nu. Pour lui donner vie, le réalisateur recourt à un microscope électronique à balayage (MEB), utilisé par le Centre de micro-nano-robotique. Cet outil scientifique autorise la création d’une œuvre cinématographique. C’est ainsi qu’est né le premier film d’animation réalisé dans une enceinte d’une soixantaine de centimètre de côté, fermée sous vide, accessible uniquement par des robots miniatures de manipulation de haute précision, permettant le déplacement des figurines. Le réalisateur Tibo Pinsard a ensuite réalisé le montage du film et sa post-production.

En septembre 2022, lors du salon Micronora[6], cette équipe du CMNR et leur doctorant, Yuning Lei, remportent le Micron d’or de la catégorie réservée aux recherches universitaires avec une microstructure de 25*40*40 microns, actionnée par la lumière, installée à l’extrémité d’une fibre optique étirée en une pointe de moins de trois microns, qui sert à la fois de support et de levier d’actionnement. C’est la plus petite structure actionnée par un signal optique.

FEMTO-ST s’est encore distingué en juillet 2024 par une troisième incursion, remarquée, dans le micro-monde à l’échelle du micron. À l’occasion des vingt ans de l’institut et des Jeux olympiques Paris 2024, les chercheurs ont célébré le passage de la flamme olympique à Besançon en réalisant une micro-impression 3D de la plus petite flamme olympique en résine d’une hauteur de 50 microns, exploit conçu sur la plateforme MIMENTO de l’institut FEMTO-ST.