Attraper un satellite, réparer une épaule: le quotidien d’un labo genevois

Attraper un satellite en orbite à l’aide de pinces robotisées, concevoir des machines de réhabilitation pour des patients en soins intensifs ou encore analyser l’impact de gestes chirurgicaux grâce à des dispositifs instrumentés: les activités du laboratoire dirigé par Michel Lauria, professeur de microtechnique et de génie mécanique à la Haute école du paysage, d’ingénierie et d’architecture de Genève (Hepia), couvrent un spectre particulièrement large.

Au sein de l’institut d’ingénierie industrielle et informatique, étudiants et chercheurs développent des machines sur mesure, au contact direct d’un parc de prototypes et d’équipements variés, en lien étroit avec les besoins de l’industrie, de la recherche et du domaine médical.

Heidi.news. Votre laboratoire a-t-il toujours été aussi proche du tissu industriel? 

Michel Lauria. Je suis arrivé en 2009, à un moment où le modèle des Hautes écoles spécialisées était déjà bien en place. L’enseignement y est important, mais la recherche appliquée aussi. Je mène un peu de recherche fondamentale, car cela permet d’explorer de nouvelles idées. Mais je travaille surtout avec des entreprises et des institutions que nous accompagnons sur des besoins concrets en recherche et développement, notamment pour concevoir de nouvelles machines.

Les technologies évoluent rapidement et les entreprises n’ont pas toujours les moyens de tester ou d’explorer en interne. Nous cherchons donc à maintenir un lien étroit avec ce tissu industriel.

C’est aussi essentiel pour les étudiants, que nous plongeons dans des situations très concrètes, dans des métiers aujourd’hui marqués par une pénurie de talents. D’ailleurs, beaucoup de nos enseignants sont eux-mêmes actifs dans l’industrie genevoise.

Concrètement, quels types de collaborations menez-vous avec les entreprises?

Le cœur de l’activité repose sur la conception de machines spéciales, développées pour répondre à des besoins précis et souvent inédits. Un exemple emblématique concerne la collaboration avec l’entreprise Weartronic (groupe Nicomatic), spécialisée dans les vêtements de sécurité intégrant des LED. L’entreprise a mis au point un procédé permettant de produire des gilets à la fois étanches, souples et lavables, malgré la présence de composants électroniques. Il n’est par exemple pas possible de souder directement les LED sur les fils, ce qui a conduit au développement de guirlandes robustes et intégrables dans le textile.

Pour industrialiser ce procédé, il fallait une machine capable de fabriquer ces guirlandes à partir de fils électriques et de résine, tout en restant modulable. La distance entre les LED doit en effet pouvoir varier selon la taille des vêtements. Le laboratoire a ainsi conçu, fabriqué et mis au point une machine sur mesure répondant à ces contraintes.

Travaillez-vous également sur des objets ou des systèmes plus complets?

Au-delà des machines de production, le laboratoire développe aussi des dispositifs techniques spécifiques. Par exemple, des structures de protection pour drones ont été conçues afin de permettre des inspections dans des environnements confinés, comme des citernes ou des conduites. Ces structures reposent sur un équilibre entre éléments en compression et câbles en traction, permettant d’obtenir un ensemble à la fois léger et résistant.

Le laboratoire collabore également avec l’industrie horlogère. Les entreprises peuvent y tester de nouvelles technologies, comme l’impression 3D, avant d’investir dans leurs propres équipements. Les prototypes peuvent être empruntés et testés directement dans les chaînes de production.

Vous accompagnez aussi des projets de recherche fondamentale. En quoi consiste ce travail?

Le laboratoire conçoit des machines expérimentales destinées à des recherches très spécifiques, pour lesquelles aucune solution existante n’est disponible. C’est le cas notamment d’un robot à architecture parallèle, capable d’orienter un objet avec trois degrés de liberté, tout en garantissant rapidité, répétabilité et de bonnes accélérations. Ce type de dispositif peut être utilisé pour automatiser certaines tâches d’inspection dans l’horlogerie, notamment le «visitage», qui consiste à examiner une pièce sous différents angles pour détecter d’éventuels défauts.

Vous travaillez également à l’interface avec d’autres disciplines scientifiques?

Effectivement. Un projet mené avec un physicien spécialisé en mécanique des fluides illustre bien cette approche. Pour étudier les mouvements particulièrement efficaces des nageoires de manchot, l’équipe a d’abord observé et filmé l’animal, avant de concevoir un robot reproduisant ces mouvements. Ce projet s’est prolongé à l’international, avec des étudiants ayant poursuivi son développement dans le cadre d’un master au California Institute of Technology (Caltech).

Vous êtes aussi impliqués dans de grands projets scientifiques, comme Virgo. Quel est votre rôle?

Le laboratoire participe au projet Virgo, un instrument scientifique installé en Toscane destiné à détecter les ondes gravitationnelles, c’est-à-dire des déformations de l’espace-temps provoquées notamment par la fusion de trous noirs. Le dispositif repose sur un laser très puissant, dont le faisceau est divisé en deux bras parcourant de longues distances. En cas de passage d’une onde gravitationnelle, la longueur de ces bras varie légèrement, ce qui permet la détection. Toutefois, ce laser peut endommager l’installation s’il n’est pas maîtrisé.

Nous avons donc développé un système permettant d’insérer un miroir en une milliseconde pour dévier le faisceau en cas de problème. Ce dispositif doit fonctionner dans le vide, ce qui impose l’utilisation de matériaux ne libérant pas de particules. Une solution en titane, découpée par jet d’eau, a été mise au point.

Vous mentionnez aussi des activités liées au spatial. De quoi s’agit-il?

Le laboratoire a participé au projet CleanSpace, piloté par l’EPFL, qui vise à développer des technologies de récupération de débris en orbite. Les équipes ont travaillé sur des pinces robotisées capables de saisir des objets en mouvement, comme des satellites ou des fragments de fusées. La première étape consistait à réussir à capturer le nano-satellite SwissCube.

Ce type d’opération est particulièrement complexe, car les objets en orbite se déplacent à très grande vitesse. Il est nécessaire de synchroniser précisément les trajectoires pour permettre l’interception. Ces travaux ont contribué à la création de l’entreprise ClearSpace, à Renens, spécialisée dans la récupération de débris spatiaux. Nous n’étions pas à l’origine du projet, mais nous intervenons comme partenaire en ingénierie et en prototypage, en apportant des solutions concrètes à des applications définies par d’autres.

Le domaine médical est-il aussi un axe de développement?

Oui, il s’agit de notre troisième grand axe de développement. Nous avons notamment conçu des robots de réhabilitation destinés à aider des patients paralysés à retrouver l’usage de leurs jambes. Ces dispositifs permettent de reproduire des mouvements adaptés à chaque patient: le physiothérapeute peut programmer la machine en fonction de la longueur des membres et des limites articulaires.

L’objectif est à la fois de personnaliser les exercices et d’alléger le travail, souvent très répétitif, des soignants. Les séances peuvent aussi prendre une forme plus interactive, par exemple à l’aide de dispositifs de réalité augmentée. Ces développements ont conduit à la création de l’entreprise Lambda Health System, issue de plusieurs écoles de la HES-SO.

Nous avons également développé, pour les Hôpitaux universitaires de Genève, une machine de mobilisation musculaire destinée aux patients alités. Elle leur permet d’effectuer des exercices pour les bras et les jambes directement depuis leur lit ou leur fauteuil, avec pour objectif d’accélérer leur sortie des soins intensifs.

Vous travaillez aussi directement avec des chirurgiens?

Oui. Nous participons à un groupe de travail en biomécanique et en recherche translationnelle en chirurgie, qui réunit les Hôpitaux universitaires de Genève (HUG), l’Université de Genève, l’Hepia et la Swiss Foundation for Innovation and Training in Surgery (Sfits). Ce programme doit être structuré prochainement sous la forme d’un centre appelé B-Lab, au sein du département de chirurgie.

Dans ce cadre, je travaille notamment avec un spécialiste de l’épaule, une articulation particulièrement complexe, dont la réparation pose de nombreuses questions sur les gestes à effectuer. Pour progresser, il est indispensable de s’entraîner dans des conditions réalistes, notamment sur des corps donnés à la science, au sein de l’unité d’anatomie de la Faculté de médecine de l’Université de Genève.

Nous utilisons des marqueurs fixés sur les os et des systèmes de capture optique pour enregistrer très précisément les mouvements. Cela permet de suivre l’ensemble du processus, depuis la blessure jusqu’à la réparation, puis à la récupération du mouvement. La robotique que nous développons permet ensuite de reproduire ces gestes de manière répétée. Nous pouvons ainsi mesurer finement l’impact de différentes techniques chirurgicales sur la mobilité de l’articulation.

Comment est gérée la propriété intellectuelle dans ces projets collaboratifs?

Les situations varient selon les projets. Lorsque l’entreprise arrive avec un besoin précis et nous mandate pour y répondre, elle conserve la propriété des développements. Dans d’autres cas, il s’agit de véritables projets de co-création, où interviennent à la fois des idées, des technologies et parfois la création d’une entreprise. Dans ces situations, il est essentiel d’être très vigilant pour éviter les conflits, mais aussi les frustrations, et préserver une collaboration durable.

Nous nous appuyons pour cela sur Unitec, le bureau de transfert de technologies de l’Université de Genève. Il intervient pour définir les règles, proposer des modes de valorisation des inventions et, si nécessaire, jouer un rôle d’arbitrage. Le processus doit être rigoureusement suivi: le chercheur doit pouvoir bénéficier des retombées de son travail, notamment si une entreprise est créée ou si une innovation est adoptée, et l’institution doit également en tirer un retour.

L’intelligence artificielle joue-t-elle un rôle croissant dans vos activités?

Pas directement dans nos machines, du moins pour l’instant. Notre cœur de métier reste la conception de systèmes mécaniques et robotiques, et nous n’intégrons pas encore d’intelligence artificielle dans ces dispositifs. 

En revanche, nous utilisons l’IA comme un outil de développement. Elle facilite notamment l’accès à l’information et aux bases de connaissances, et elle est très utile pour certaines tâches de programmation: il suffit de décrire le type de programme souhaité pour obtenir rapidement une première version du code. Cela nous fait gagner du temps, mais la phase de conception reste fondée sur l’intuition, l’expérience et la capacité à formuler les bons problèmes. Sur ce plan, l’humain conserve encore une avance.