Développement et contrôle d'un robot multimodal avalable pour l'étude de la physiologie intestinale // Development and Control of a Multimodal Swallowable Robot for Gut Physiology Sensing

Comprendre les mécanismes physiologiques sous-jacents à l'axe intestin-cerveau représente un défi émergent en sciences biomédicales, face à des preuves croissantes liant la fonction gastro-intestinale à la santé cognitive, au bien-être mental et aux troubles neurologiques. Cependant, les progrès dans ce domaine demeurent limités par le manque de technologies adaptées permettant d'acquérir des données physiologiques in vivo de haute qualité au sein du tube digestif humain.
Ce projet de doctorat vise à combler cette lacune par le développement et le contrôle d'une capsule robotique multimodale ingérable pour l'étude de la physiologie intestinale.
L'objectif principal du projet est de concevoir et de réaliser un système robotique miniaturisé et ingérable capable de parcourir le tube digestif humain en toute sécurité tout en acquérant de multiples signaux physiologiques (tels que la température, le pH, la composition gazeuse et les propriétés mécaniques de la paroi intestinale). Contrairement aux dispositifs d'endoscopie par capsule passifs conventionnels, le système proposé intégrera des capacités de détection et de contrôle actifs, permettant une meilleure qualité du signal, une plus grande robustesse et une meilleure reproductibilité expérimentale. Le projet se focalusera à la fois sur le développement technique de la plateforme robotique et sur la conception de stratégies de contrôle et d'estimation garantissant un fonctionnement stable et une acquisition de données fiable dans l'environnement complexe et incertain de l'intestin.
D'un point de vue ingénierie, le/la candidat(e) sera responsable de la conception mécanique et électronique de la capsule, de l'intégration de capteurs miniaturisés et du développement de systèmes embarqués d'acquisition et de communication de données. Les aspects liés au contrôle incluront la modélisation des interactions capsule-environnement, la mise en œuvre d'architectures d'estimation-contrôle adaptées et l'analyse de la dynamique du système sous contraintes physiologiques. La validation expérimentale sera réalisée in vitro, en laboratoire et dans des environnements gastro-intestinaux simulés, avec la possibilité d'essais précliniques le cas échéant.

Les données physiologiques multimodales recueillies par la capsule robotisée fourniront une base unique pour l'étude de la physiologie intestinale et de sa relation avec les fonctions cognitives et psychologiques. En collaboration avec des experts en psychologie et en neurosciences, le projet explorera comment les signaux physiologiques d'origine intestinale peuvent être liés aux états cognitifs et aux influences environnementales, contribuant ainsi à une compréhension plus quantitative et mécanistique des interactions intestin-cerveau. Bien que le principal objectif du doctorat soit le développement technologique et la caractérisation du système, les résultats devraient permettre de futures études sur le couplage intestin-cerveau et la santé cognitive.
Ce projet, par nature interdisciplinaire, combine robotique, systèmes de contrôle, capteurs biomédicaux et sciences cognitives. Ce gravail de recherche permettra de développer une plateforme robotique de détection novatrice et de générer des connaissances fondamentales susceptibles d'avoir un impact durable sur la recherche biomédicale, les technologies de santé numérique et les approches d'évaluation neurologique et cognitive basées sur l'intestin.
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Understanding the physiological mechanisms underlying the gut-brain axis is an emerging challenge in biomedical science, with growing evidence linking gastrointestinal function to cognitive health, mental wellbeing, and neurological disorders. However, progress in this field is currently limited by the lack of suitable technologies capable of acquiring high-quality, in vivo physiological data from within the human gastrointestinal tract. This PhD project aims to address this gap through the development and control of a multimodal swallowable robotic capsule for gut physiology sensing.
The core objective of the project is to design and realise a miniaturised, swallowable robotic system capable of safely traversing the gastrointestinal tract while acquiring multiple physiological signals, such as temperature, pH, gas composition, and gut wall mechanical properties. Unlike conventional passive capsule endoscopy devices, the proposed system will incorporate active sensing and control capabilities, enabling improved signal quality, robustness, and experimental repeatability. The project will focus on both the engineering development of the robotic platform and the design of control and estimation strategies that ensure stable operation and reliable data acquisition in the complex and uncertain gut environment.
From an engineering perspective, the candidate will undertake the mechanical and electronic design of the capsule, integration of miniaturised sensors, and development of embedded data acquisition and communication systems. Control-oriented aspects will include the modelling of capsule-environment interactions, implementation of suitable estimation-control architectures, and analysis of system dynamics under physiological constraints. Experimental validation will be conducted using in-vitro benchtop and simulated gastrointestinal environments, with scope for preclinical testing where appropriate.
The multimodal physiological data collected by the robotic capsule will provide a unique foundation for investigating gut physiology and its relationship to cognitive and psychological function. In collaboration with expertise in psychology and neuroscience, the project will explore how gut-derived physiological signals may relate to cognitive states and environmental influences, thereby contributing to a more quantitative and mechanistic understanding of gut-brain interactions. While the primary focus of the PhD is on technology development and system characterisation, the outcomes are expected to enable future studies on gut-brain coupling and cognitive health.
This project is inherently interdisciplinary, combining robotics, control systems, biomedical sensing, and cognitive science. The research will deliver a novel robotic sensing platform and generate foundational knowledge with potential long-term impact on biomedical research, digital health technologies, and gut-based approaches to neurological and cognitive assessment.
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Début de la thèse : 01/10/2026
WEB : https://experts.exeter.ac.uk/25687-yang-liu

Programme UPSaclay-Exeter (ADI)

Université Paris-Saclay GS Informatique et sciences du numérique

580 Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication

Un étudiant Master (ou équivalent) en génie mécanique, génie électrique/électronique, robotique, mécatronique, automatique ou discipline apparentée, ayant de solides connaissances en mathématiques, systèmes dynamiques et automatique; avec une expérience en programmation (MATLAB, Python ou C/C++).
A good Master's degree (or equivalent) in Mechanical Engineering, Electrical/Electronic Engineering, Robotics, Mechatronics, Control Engineering, or a closely related discipline; Solid foundations in mathematics, dynamics, and control systems; Experience in programming (e.g. MATLAB, Python, or C/C++)