Sciences

Le drone volant qui veut ressembler à Batman

ActualitéClassé sous :aéronautique , chauve-souris robot , Batbot

Par Jean-Luc Goudet, Futura

Une chauve-souris robot : c’est le concept d'un drone bio-inspiré étudié par une équipe américano-espagnole et utilisant des matériaux à mémoire de forme. L’engin, qui intéresse les militaires, est loin d’être finalisé mais démontre déjà l’avantage et les possibilités des ailes battantes.

Le squelette du robot (53 cm d'envergure). On remarque une pièce de 20 centimes d'euro. L'engin est pourvu d'une antenne, d'un récepteur radio (R/C transmission link) d'un circuit électronique de contrôle (servo+electronics). Comme chez une vraie chauve-souris, la membrane en peau, ou patagium (Plagiopatagium skin) est tendue entre quatre phalanges (les doigts II à V), ici maintenues par des tendons en acier (Steel tendons). Le bras est mis en mouvements par des muscles faits d'un alliage à mémoire de forme (SMA). © J. Colorado, A. Barrientos, C. Rossi, K. Breuer

Pour décrire ce prototype de drone, leurs créateurs parlent de « bras », « d'épaule », de « poignets » et de « métacarpe ». L'équipe espagnole de Julian Colorado (université polytechnique de Madrid), complétée par Kenny Breuer de l'université Brown (Rhode Island, États-Unis) s'est en effet inspirée d'une chauve-souris - la roussette à tête grise (Pteropus poliocephalus) précisent-ils - pour réaliser leur engin de 53 cm d'envergure.

L'idée du vol battu, qui n'a sans doute jamais quitté l'esprit des inventeurs en aéronautique, a toujours ses adeptes et connaît même un regain d'intérêt dans le domaine du drone de petite taille, grâce aux matériaux nouveaux (et légers) et à l'électronique miniaturisée, chargée du pilotage. On l'a vu avec la série des Delfly, à l'université de Delft (Hollande), des ornithoptères (c'est le nom d'un engin à ailes battantes), dont le plus petit ne mesure que 10 cm d'envergure pour un poids de 3 grammes. On l'a vu également avec les travaux de J. Sean Humbert, à l'université du Maryland, dont l'équipe de l'AVL (Autonomous Vehicle Laboratory) s'inspire systématiquement des organismes volants, de la mouche à la chauve-souris en passant par le martinet et la samare, ce fruit ailé produit par plusieurs arbres, comme l'érable ou l'orme.

Le drone chauve-souris s'envole. Clément Ader, et son Éole inspiré des chiroptères, aurait aimé. Batman aussi, sans doute. © J. Colorado, A. Barrientos, C. Rossi, K. Breuer

Le vol battu : une affaire complexe

Les ailes battantes, en assurant à la fois la sustentation et la propulsion, apportent potentiellement un gain de poids par rapport un avion, avec ses ailes et son ou ses moteurs. Mais l'équation n'a rien d'évident. L'hélicoptère, dont les pales assurent ces deux fonctions, n'est pas particulièrement léger. Et le vol battu impose de redoutables contraintes sur la résistance des matériaux, leur souplesse et l'énergie à mettre en jeu, tout comme le contrôle des mouvements.

Julian Colorado et son équipe se sont attaqués à ces questions et ont d'abord observé la chauve-souris en vol. Principale constatation : le mammifère étend ses ailes au maximum pendant qu'elles descendent, donc pendant la poussée, puis les replient quand elles remontent, pour réduire la traînée. Les insectes, aux ailes rigides, ne peuvent pas avoir recours à cette astuce, qui, d'après les calculs des auteurs de l'étude, permet aux chauves-souris d'économiser 35 % d'énergie.

Présentée par les auteurs eux-mêmes, la comparaison entre la vraie roussette et le robot volant. On reconnaît le pouce (thumb), le radius, l'humérus, la jambe et les phalanges du métacarpe. L'aile de la chauve-souris est en effet une membrane de peau tendue entre les doigts et la jambe. L'aile (wing) du robot a un poignet (wrist), une épaule (shoulder) et un coude (elbow). On remarque les muscles, biceps et triceps, constitués d'un matériau à mémoire de forme (SMA). © J. Colorado, A. Barrientos, C. Rossi, K. Breuer

Les ailes battantes ont-elles un avenir ?

Est-il possible d'imiter ce fonctionnement, qui doit être très rapide ? Oui, démontrent les chercheurs, notamment grâce à un matériau à mémoire de forme. Cet alliage de nickel et de titane, qui joue le rôle « de biceps et de triceps », expliquent-ils, passe d'une forme à une autre sous l'action d'un courant électrique. Le contrôleur électronique parvient à replier et déplier les « phalanges » pour étendre et rétracter l'aide en silicone pendant la descente et la montée. Le rythme peut atteindre 2,5 Hz, c'est-à-dire 2,5 battements d'aile par seconde, ce qui soulève le robot de 18 g et le fait voler à 5 m/s (18 km/h).

Le travail est encore long pour parvenir à un drone fonctionnel, car l'engin n'est pas encore stable. Les ingénieurs ont trouvé la clé du mouvement mais pas celle du pilotage. Les chauves-souris, comme les oiseaux et les insectes, déforment leurs ailes aussi pour manœuvrer. Pour s'approcher de ces performances, il faudra faire des progrès en matière d'électronique, de matériaux et mécanique. Les militaires y croient et le financement vient en partie de la Darpa (une agence américaine dépendant de l'armée et qui soutient de nombreuses recherches). Mais les utilisations pacifiques des drones existent aussi...

  Les commentaires ne sont pas disponibles pour le moment.