L'autour des palombes est un rapace à la fois habile en voltige et en vol plané. Les chercheurs de l'EPFL en Suisse ont étudié ses caractéristiques pour créer un drone. © EPFL
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Un drone inspiré d'un rapace pour voler plus longtemps

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Inspiré d'un rapace, l'autour des palombes, cet aéronef combine des ailes et les mouvements de sa queue pour voler en dépensant moins d'énergie. Objectif : voler plus longtemps qu'un drone classique.

Faire voler plus longtemps un drone, c'est l'objectif de nombreux centres de recherche. Le poids du drone est intimement lié à sa batterie et son autonomie en dépend également. Les motorisations hybrides permettent de faire voler un drone durant des heures comme le démontre le record de durée de vol, battu dernièrement par le HYBRiDX 2.1 de Quaternium, mais c'est aussi du côté de l'aérodynamique de l'aéronef que l'on peut économiser de l'énergie. C'est pour cette raison que les drones dotés d'ailes peuvent tenir en l'air bien plus longtemps que les modèles soutenus uniquement pas la force de leurs rotors.

Encore une fois, comme la nature est bien faite, c'est en s'inspirant des capacités d'un rapace que les scientifiques du Laboratoire des systèmes intelligents de l'EPFL, en Suisse, sont parvenus à créer un drone pouvant voler longtemps sans dépenser d'énergie. Ils se sont inspirés d'un rapace, l'autour des palombes. Cet oiseau rapide et puissant, vole sans effort. La forme des ailes a été étudiée pour développer le drone mis au point par les chercheurs. Comme le rapace, l'aéronef sait combiner les mouvements des ailes et de la queue pour changer de direction rapidement, mais aussi planer pour économiser de l'énergie, lorsque c'est nécessaire.

Pour faire voler un drone longtemps, il faut s’inspirer de ce qu’a produit la nature. © EPFL

Un drone qui bouge ses ailes et sa queue

Le drone peut ajuster la forme de son aile et de sa queue grâce à des plumes artificielles. Un procédé compliqué selon les scientifiques. Sans jamais battre des ailes, puisqu'il dispose d'un moteur et d'une hélice, il modifie la forme de ses ailes et de sa queue pour changer de direction rapidement, voler plus lentement et réduire la résistance de l'air lorsqu'il vole vite. Une combinaison qui permet d'associer l'agilité d'un drone multirotors à la performance d'une aile volante.

Un mix particulièrement utile pour voler dans les forêts ou en milieu urbain entre les bâtiments. Mais pour pouvoir exploiter les capacités morphologiques du drone, le pilotage est très complexe. Pour maîtriser à bon escient le grand nombre de configurations d'aile et de queue, les chercheurs planchent afin de développer des algorithmes basés sur l’intelligence artificielle dans le système de vol du drone. C'est avec cette IA qu'il pourra s'adapter de manière semi-automatique aux différentes configurations de vol.

Pour en savoir plus

Est-ce un oiseau ou un drone ?

Article de Louis Neveu, p

Ce drone ornithoptère s'inspire du martinet, le plus rapide des oiseaux et l'un des plus agiles. Il en reprend le battement d'ailes et ses capacités de voltigeur.

Encore une fois, la science est adepte du biomimétisme pour innover. Du côté des drones, pour pouvoir économiser de l'énergie et donc de l'autonomie, les structures reprenant la forme des ailes d'oiseau sont prisées par les chercheurs. Ainsi, le principe de l'aile du pigeon a été repris par des chercheurs du Lentink Lab de l'Université de Stanford, aux États-Unis, avec leur PigeonBot. L'idée : créer une aile à géométrie variable permettant d'optimiser chaque phase du vol.

Toutefois, les drones battant des ailes restent toujours pour le moment du domaine des jouets. L'énergie dépensée est trop conséquente au regard de leurs capacités de vol. Pourtant, c'est sur un procédé inspiré du martinet, l'un des oiseaux les plus rapides du monde, qu'une équipe internationale de chercheurs de l'université d'Australie du Sud, de Singapour, de Chine et de Taïwan ont conçu un aéronef léger à ailes battantes, autrement dit, un ornithoptère.

Selon les phases du vol, ou sa configuration, ce drone peut à la fois planer, battre des ailes, les fléchir et piquer, puis s'arrêter brusquement. Au final, tel l'agile martinet, il est capable d'évoluer de façon plus fluide et rapide que n'importe quel quadricoptère dans ses réactions. L'absence d'inertie lui permet d'éviter les crashs notamment à proximité d'un public.

Le docteur Yao-Wei Chin pose avec le prototype de drone à ailes battantes. © University of south Australia

10 % du potentiel d’un martinet

L'appareil de 26 grammes est de petite taille et ressemble davantage à un jouet bricolé à partir de papier qu'à un véritable drone ; et pourtant, il s'agit bien d'un concentré d'innovations. Le docteur Yao-Wei Chin, qui a dirigé le projet à partir de l'Université nationale de Singapour, explique que jusqu'à maintenant, les drones capables de battre des ailes étaient trop lents pour être agiles. L'aile battante de cet ornithoptère permet d'obtenir la même poussée qu'une hélice avec l'avantage de la portance de l'aile d'avion ; et cette même voilure permet de freiner rapidement. L'ensemble se pilote via les commandes de queue, comme le fait le véritable martinet.

Le professeur Chahl avoue que, malgré son agilité, cet ornithoptère ne reproduit que 10 % du vol d'un véritable oiseau. Tout comme les insectes, ceux-ci disposent d'un ensemble de muscles qui leur permettent de voler vite, de se tordre pour optimiser les phases du vol et économiser leur énergie. Ainsi, un martinet peut évoluer à une vitesse maximale à 112 kilomètres/heure. Le drone ornithoptère, quant à lui, se limite à une vitesse de 8 mètres par seconde (près de 29 Km/h) et son autonomie est réduite à huit minutes.

Pour le moment, avec son poids plume et ses performances, il n'est pas capable de porter une caméra, mais cette capacité est prévue dans les prochains développements. Il pourrait alors voler à proximité des foules avec un risque très limité de collision étant donné ses aptitudes aux changements d'orientation brutaux. L'équipe considère qu'il serait un outil bien adapté à la surveillance des feux de forêts. Dans un avenir plus proche, avec ses capacités de voltigeur et sa stabilité aux vents forts, il pourrait être exploité pour polliniser les cultures en hauteur, ou encore comme système pour chasser les oiseaux des aéroports.

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