En vol, les cygnes chanteurs stabilisent leur tête grâce à un système de suspension passive intégré à leur cou. Les chercheurs se sont inspirés de cette technique pour stabiliser les caméras d'un drone. © Nathalie Mayer - Tous droits réservés

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Biomimétisme : des drones filmeront mieux... grâce aux cygnes

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Mieux comprendre la nature pour optimiser nos technologies : c'est le point de vue qu'ont adopté des ingénieurs de l'université de Stanford, aux États-Unis. En étudiant la stratégie des cygnes chanteurs pour stabiliser leur tête en plein vol, ils ont pu développer un système permettant d'améliorer les images produites par un drone.

Sans relâche, la nature développe des stratégies qui permettent aux organismes vivants de s'adapter à leur environnement. Les ingénieurs s'intéressent de plus en plus près à ces stratégies gagnantes avec pour objectif de les transposer ensuite en une technologie. C'est ce que l'on appelle le biomimétisme. C'est ce qui a encouragé une équipe de l'université de Stanford (États-Unis) à étudier la façon dont les cygnes chanteurs, les plus grands cygnes d'Europe, parviennent à maintenir la stabilité de leur tête pendant le vol. Leur idée : développer un système de suspension pour caméra permettant aux drones de produire des images d'une netteté exceptionnelle.

Il faut savoir que les ingénieurs du secteur aéronautique se passionnent depuis longtemps pour ces animaux majestueux capables de prouesses aériennes étonnantes. Ces oiseaux disposent par exemple d'une fonction de stabilisation de leur vision qui leur permet de compenser les mouvements ascendant et descendant du corps causés par les battements d'ailes. Mais les cygnes chanteurs font encore mieux puisque malgré des battements d'ailes puissants et déstabilisateurs, ils peuvent garder leur tête complètement immobile.

Les drones à voilure tournante, comme celui-ci, doivent pouvoir rester immobiles. Lorsqu'ils filment en volant, la difficulté est de maintenir l'objectif sur une ligne de visée fixe. Dans le domaine militaire, des systèmes articulés réalisent cette prouesse pour des armes ou des matériels de prises de vue. Au Lentink Lab, on pense qu'il est possible de faire beaucoup mieux et surtout bien plus léger en regardant le cou des cygnes... © Flying Eye, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0

Une suspension passive inspirée par le cou du cygne

Pour comprendre les capacités de cet animal, les ingénieurs de Stanford ont travaillé sur un modèle informatique masse-ressort-amortisseur linéaire tel que celui utilisé pour décrire la stabilisation de la tête d'êtres humains qui marchent. Ils ont ensuite confrontés leurs résultats à des séquences vidéo à haute vitesse. Leur étude, publiée dans Journal of the Royal Society Interface, rapporte que le cou des cygnes chanteurs agit en vol comme une suspension de voiture.

Les perturbations verticales sont stabilisées grâce à un système d'amortissement élastique rattaché au cou des cygnes. Vertèbres et muscles réagissent avec justesse, apportant ce qu'il faut de rigidité et de flexibilité pour maintenir la tête de l'oiseau stable, y compris dans un environnement légèrement perturbé par les vents. Une découverte encore plus étonnante lorsque l'on connaît la complexité de la morphologie du cou d'un cygne. Celui-ci ne compte en effet pas moins de 20 vertèbres, actionnées par plus de 200 muscles de chaque côté.

Un prototype de système de suspension passive inspiré par le cou du cygne a d'ores et déjà été réalisé. Installé sur un drone, il pourrait permettre d'améliorer ses performances et d'enregistrer des images d'une grande qualité et d'une grande netteté. Et, pour la petite histoire, il est intéressant de noter que cette étude est le résultat de l'inspiration et de l'enthousiasme d'une étudiante passionnée par un cours sur la biomécanique du vol. « La preuve que les étudiants sont capables de grandes choses », conclut David Lentink, son professeur de génie mécanique, un vrai spécialiste du biomimétisme appliqué au vol. Cet ingénieur aéronautique s'est naguère plongé dans une thèse de zoologie pour comprendre le vol du martinet, cet oiseau de 42 grammes capable de prouesses aériennes et, entre autres, d'une gamme très large de vitesses en vol plané.

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