Studies of active systems for robotic exploration, wave manipulation, and control of liquids in the Leidenfrost state - PASTEL - Thèses en ligne de ParisTech
Thèse Année : 2022

Studies of active systems for robotic exploration, wave manipulation, and control of liquids in the Leidenfrost state

Études des systèmes actifs pour l'exploration robotique, la manipulation des ondes et le contrôle de la caléfaction

Samuel Hidalgo Caballero
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1479899
  • IdRef : 268524815

Résumé

Self-propelled physical systems, also called active systems, have a rich phenomenology with multiple application domains. They are natural or artificial systems consisting of one or more individuals that convert an internal or external energy source to move. In this work, we study some applications of three active systems that we can control at will. First, we study the dynamics of a robot that randomly explores a region of arbitrary shape. Thanks to the use of a new theorem, we demonstrate that it is able to measure the area and perimeter of any region. Then, we develop a strategy to recognize shapes previously saved in a dictionary. In the second part, we study another experimental system made of magnets levitating on a cushion of air and repelling each other. This magnetic network behaves like an elastic medium in which mechanical waves can propagate. We demonstrate that a propagating wave can be time-reversed by applying a violent change in the damping of the medium. The successive application of damping shocks allows us to selectively absorb monochromatic components of a wave with a broadband spectrum. Finally, we are interested in the control of liquids in the Leidenfrost state. We introduce a new stabilization mechanism based on a partial evacuation of the vapor layer supporting the liquid to prevent the Rayleigh-Taylor instability. Finally, we show that a local control of the vapor evacuation direction allows us to propel any liquid and, thus, to build a new generation of hydrodynamic engines.
Les systèmes physiques autopropulsés, également appelés actifs, possèdent une phénoménologie riche avec de multiples domaines d'application. Il s'agit de systèmes naturels ou artificiels constitués d'un ou plusieurs individus qui convertissent une source d'énergie interne ou externe pour se mouvoir. Dans ce travail, nous étudions quelques applications de trois systèmes actifs que nous pouvons contrôler à volonté. Premièrement, nous étudions la dynamique d'un robot qui explore de manière aléatoire une région de forme arbitraire. Grâce à l’utilisation d’un nouveau théorème, nous démontrons qu'il est capable de mesurer la surface et le périmètre d’une région quelconque. Ainsi, nous développons une stratégie pour reconnaître des formes préalablement sauvegardées dans un dictionnaire. Dans une seconde partie, nous étudions un autre système expérimental constitué d'aimants en lévitation sur un coussin d'air et se répulsant mutuellement. Ce réseau magnétique se comporte comme un milieu élastique dans lequel les ondes mécaniques peuvent se propager. Nous démontrons qu'une onde propagative peut être inversée temporellement par l'application d'un changement violent de l'amortissement du milieu. L’application successive des chocs d’amortissements nous permet d'absorber sélectivement des composantes monochromatiques d’une onde dont le spectre est large bande. Enfin, nous nous intéressons au contrôle des liquides en état de caléfaction. Nous introduisons un nouveau mécanisme de stabilisation basé sur une évacuation partielle de la couche de vapeur qui supporte le liquide pour empêcher l’instabilité de Rayleigh-Taylor. Finalement, nous montrons qu’un contrôle local de la direction de l'évacuation de la vapeur nous permet de propulser des liquides et, ainsi de fabriquer une nouvelle génération de moteurs hydrodynamiques.
Fichier principal
Vignette du fichier
ESPCI_HIDALGO_CABALLERO_2022_archivage.pdf (64.43 Mo) Télécharger le fichier
Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04842216 , version 1 (17-12-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04842216 , version 1

Citer

Samuel Hidalgo Caballero. Studies of active systems for robotic exploration, wave manipulation, and control of liquids in the Leidenfrost state. Robotics [cs.RO]. Université Paris sciences et lettres, 2022. English. ⟨NNT : 2022UPSLS047⟩. ⟨tel-04842216⟩
0 Consultations
0 Téléchargements

Partager

More