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En vidéo : un drone inspiré des rapaces agrippe des objets en vol

En prenant des rapaces pour modèle, des chercheurs de l’université de Pennsylvanie ont développé un minidrone quadricoptère, capable de saisir des objets en vol et à haute vitesse, grâce à une pince spéciale ressemblant à une serre d’aigle. 

Les chercheurs de l’université de Pennsylvanie se sont inspirés de la serre d’un rapace pour concevoir ce modèle de pince (claw). Elle est fixée sur un bras (arm), long d’une dizaine de centimètres. Ce dernier est manœuvré par un servomoteur (servo to swing arm), pour basculer vers l’arrière au moment d’agripper l’objet. La pince elle-même est actionnée par un servomoteur (servo to actuate claw). © Université de Pennsylvanie Les chercheurs de l’université de Pennsylvanie se sont inspirés de la serre d’un rapace pour concevoir ce modèle de pince (claw). Elle est fixée sur un bras (arm), long d’une dizaine de centimètres. Ce dernier est manœuvré par un servomoteur (servo to swing arm), pour basculer vers l’arrière au moment d’agripper l’objet. La pince elle-même est actionnée par un servomoteur (servo to actuate claw). © Université de Pennsylvanie

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On le sait, la nature est une source d’inspiration inépuisable pour les scientifiques et les chercheurs, notamment dans le domaine de la robotique. La Darpa (Defense Advanced Research Projects Agency) finance de nombreuses innovations dans ce domaine. Les oiseaux, et principalement le développement de leurs ailes, servent souvent de modèles pour l’aérodynamique du fuselage dans la fabrication des drones.

Dans cette vidéo, les chercheurs expliquent comment ils se sont inspirés des oiseaux de proie pour concevoir une pince robotisée montée sur un drone. L'engin a la capacité de saisir des objets en vol à une vitesse de deux à trois mètres par seconde. Et ce dans un mouvement continu, sans avoir à opérer une manœuvre d’approche à la verticale. © J. Thomas, J. Polin, K. Sreenath, V. Kumar, Grasp Laboratory, université de Pennsylvanie

Dans le cas présent, des chercheurs de l’université de Pennsylvanie se sont intéressés à une fonctionnalité peu explorée : la capacité d’un drone à saisir des objets en vol. Pour cela, ils ont conçu une pince motorisée montée sur un bras, qui s’inspire de la serre d’un aigle. Installée sur un minidrone quadricoptère, elle permet à l’engin de saisir des objets en vol, sans réduire sa vitesse ni avoir à adopter une trajectoire perpendiculaire à la cible. « Durant la phase de capture, l’aigle fait basculer ses pattes et ses serres en arrière, de telle sorte que la vitesse relative entre les griffes du prédateur et la proie est réduite. Cela permet à la serre de l’oiseau d’avoir une vitesse relative proche de zéro au moment où elle saisit sa cible, sans ralentir », expliquent les chercheurs dans un article paru dans les Proceedings of the ASME.

Un drone qui s’agrippe et se perche tel un rapace

Le dessin de la pince a été conçu pour qu’elle remplisse plusieurs fonctions. Ainsi, la pince est un outil de saisie des objets en vol. Elle permet également au drone de se percher en s’agrippant à des supports aux formes variées, que l’on trouve dans l’environnement urbain (branches, poteau, toiture, etc.). Un servomoteur est utilisé pour gérer la bascule du bras, et un autre sert à contrôler la pince.

Les chercheurs ont aussi travaillé sur la trajectoire de l’appareil, son assiette et l’angle qu’il forme avec le bras. Pour définir ces données, ils ont là encore, étudié une vidéo d’un aigle au moment où il saisit un poisson dans l’eau, afin d’extraire une trajectoire de référence. Celle-ci a servi de base pour déterminer la trajectoire du minidrone, au moyen d’un système de capture de mouvements Vicon. Résultat, la trajectoire du quadricoptère reproduit assez fidèlement celle du rapace

Aboutir à plus d'autonomie en vol

Lors des essais, le minidrone est parvenu à saisir des objets en vol à des vitesses allant de deux à trois mètres par seconde. Pour aller encore plus loin, les chercheurs poursuivent trois axes de travail. Tout d’abord, ils comptent adopter une autre technique de fabrication, afin de créer une pince plus légère capable de travailler à des vitesses plus élevées.

Ensuite, ils veulent remplacer le recours au système de capture de mouvements par des algorithmes, qui viendraient corriger la trajectoire du drone en utilisant la caméra embarquée. « Comme l’aigle, qui est capable de naviguer en se servant seulement de ses capteurs visuels et d’inertie, le quadricoptère devrait pouvoir appliquer des corrections en vol à partir des données d’une caméra embarquée », indiquent les chercheurs.

Le dernier domaine de développement consisterait à élaborer un système capable de détecter et de contrôler, de façon autonome, des sites sur lesquels le drone se percherait. Ce système permettrait de réduire la consommation d’énergie et le bruit occasionné par le vol stationnaire.


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