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Drones : Le robot mouche prend presque son vol


Lu sur le web
Samedi 4 Mai 2013 - 15:00

En anglais, le mot fly signifie à la fois «mouche» et «voler». Pas étonnant que les chercheurs fassent de cet insecte, ou de l’abeille, le modèle de leurs travaux sur les drones ultralégers. Il faut reconnaître que leurs performances sont admirables sur plusieurs plans.


Le robot mouche d'Harvard conserve un fil à la patte - Photo : Kevin Ma et Pakpong Chirarattananon - Harvard University
Le robot mouche d'Harvard conserve un fil à la patte - Photo : Kevin Ma et Pakpong Chirarattananon - Harvard University
Imaginez un avion capable de se transformer à loisir en hélicoptère et qui pèserait quelques dizaines de milligrammes... Toute la difficulté, outre la conception mécanique de l’engin, réside dans le contrôle du vol à ailes battantes et l’alimentation en énergie. Un véritable casse-tête.

Les chercheurs du laboratoire de robotique d’Harvard, à Cambridge, Massachussetts, se consacrent depuis plus de dix ans à le résoudre. Et ils viennent de franchir la seconde étape, celle du contrôle du vol. Il leur reste à doter leur RoboBee d'un cerveau propre et, surtout, à lui trouver une source d’énergie embarquable dont le poids ne cloue pas le drone au sol.

La taille du RoboBee ne dépasse pas la moitié de celle d’un trombone et le drone pèse moins d’un dixième de gramme avec une envergure d’ailes de 3 cm. Désormais, il atteint quelques centimètres d’altitude, peut se stabiliser et même réaliser un vol transversal.

«C’est exactement ce que nous avons tenté de réaliser au cours des 12 dernières années», explique Robert Wood, professeur d’ingénierie à l’Ecole d’ingénierie et de science appliquée (SEAS) d’Harvard et membre de la faculté Wyss Core, qui est le principal responsable sur projet RoboBee financé par la National Science Foundation (NSF) américaine. «Ce n’est que grâce au récentes avancées majeures du laboratoire en matière de fabrication, de matériaux et de conception que nous avons pu tenter cela. Et cela a marché de façon spectaculaire», ajoute-t-il.

Le RoboBee, malgré son nom, s’inspire de la morphologie de la mouche. Avec une anatomie à une échelle inférieure au millimètre et deux ailes si fines qu’elles deviennent presque invisibles lorsqu’elles battent 120 fois par seconde. A ces échelles, pas questions de récupérer des composants existants. Il faut tout inventer, y compris les moyens de fabrication.

Les moteurs, par exemple, qui actionnent les ailes. Ils sont réalisés à l’aide d’actionneurs piézoélectriques. Il s’agit de bandes de céramique qui se dilatent ou se contractent lorsqu’un courant électrique leur est appliqué. Des charnières en plastique intégrées à une structure en fibre de carbone servent d’articulation et permettent de contrôler les mouvements de rotation des ailes battantes qui sont commandées indépendamment l’une de l’autre en temps réel.

Drones : Le robot mouche prend presque son vol
Autre difficulté liée au poids extrêmement faible du drone: la sensibilité aux courants d’air. Même les plus insignifiants. Une contrainte majeure pour le système de contrôle-commande.

Pour la fabrication elle-même des composants, les chercheurs ont pu utiliser la technique mise au point en 2011 par l’équipe de Robert Wood. Il s’agit d’un astucieux système de dépliage de matériaux disposés en sandwich et découpés au laser. Le procédé ressemble assez à celui qu’utilisent les livres d’enfants pour créer des scènes en relief à partir d’une page plane grâce à un pré-découpage.

Facile à dire, ou à écrire. Mais pour la réalisation, l’équipe a réalisé pas moins de 20 prototypes au cours des seuls six derniers mois. Forts du succès du premier vol contrôlé, même avec un fil à la patte pour acheminer les commandes et l’électricité, les chercheurs maintiennent leurs objectifs d’applications. Celles-ci vont des mesures dans l’environnement (pollution par exemple), aux opérations de sauvetage en passant par... la pollinisation des cultures.

De quoi remplacer les abeilles victimes des insecticides et autres produits chimiques de l’agriculture intensive. Sans parler des utilisations militaires qui vont tellement de soi que les chercheurs ne les citent même pas... Imaginons un RoboBee équipé d’un œil d’insecte électronique... Les techniques de fabrication par découpe et pliage pourraient également servir à produire des systèmes médicaux complexes miniaturisés.

Grâce à cette nouvelle avancée, l’équipe de Robert Wood dispose d’une plateforme de test opérationnelle qui va lui permettre de travailler sur les conditions de vols délicates et sur les atterrissages qui, pour l’instant, restent sommaires. Et puis, il faut libérer les RoboBees de leur ultime cordon ombilical. Pas de solution pour l’instant. Les chercheurs attendent le développement de piles à combustibles à haute densité d’énergie. Pour le contrôle, assuré pour l’instant par un ordinateur au sol. Au sein du SEAS, Gu-Yeon Wei and David Brooks travaillent sur un cerveau électronique pouvant être intégré à la structure du drone.

«Les mouches réalisent d’impressionnantes acrobaties aérienne avec seulement un petit cerveau», note Sawyer B. Fuller, coauteur de l’article publié le 2 mai 2013 dans la revue CAS (Chemical Abstracts) et cité dans le journal Nature. Face à cette merveille de la nature, les chercheurs se donnent pour objectif d’en mieux comprendre la biologie pour pouvoir l’appliquer à la conception du RoboBee. Difficile de ne pas penser aux travaux présentés à l’école des Mines de Nantes lors d’un atelier sur les robots bio-inspirés en 2011 (vidéo ci-dessous).

«Je veux créer quelque chose que personne n’a jamais vu avant», lance Kevin Ma, étudiant au SEAS et co-auteur de l’article qui revendique l’excitation de repousser les limites de ce qu’il pense pouvoir faire. Les limites de l’ingénuité humaine.

Michel Alberganti
Pour slate.fr
Mamoudou Kane


              

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