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Un mini avion-robot qui se pose sur les murs

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Des chercheurs de l'université de Stanford (Californie) ont créé un drone-avion totalement autonome et capable de se poser de lui-même sur une surface verticale comme un mur. Ils se sont inspirés de l'écureuil volant, par exemple pour la trajectoire, la vitesse de vol et la manœuvre périlleuse de fixation au support.

Depuis Léonard de Vinci, les sources d’inspiration pour faire évoluer des appareils dans l'environnement proviennent souvent des animaux et de leurs particularités. En concevant leur avion-robot, les chercheurs ont donc reproduit la procédure « d’atterrissage » d’un écureuil volant, lorsqu’il se cabre pour se poser sur une surface verticale. © Université de Stanford

Un prototype d'avion-robot autonome conçu pour se poser à la verticale sur le mur d'un bâtiment, quelle drôle d'idée ! C'est pourtant le résultat d'un travail très sérieux émanant de chercheurs de l'université de Stanford en Californie (États-Unis). L'équipe s'est inspirée de plusieurs travaux menés par différents laboratoires ayant conçu des robots capables de sauter ou de ramper pour s'agripper à une surface verticale. Ces procédés, appliqués au robot-avion, permettraient de réaliser de la surveillance dans des endroits difficiles d'accès. Ce qu'il reste d'un mur ou d'un arbre est d'ailleurs parfois la seule possibilité d'atterrissage, lorsque le terrain est accidenté ou couvert de gravas et débris.

Les chercheurs ont donc souhaité ajouter la faculté du vol à ce type de robot. Les quadricoptères et autres drones héliportés capables de décoller verticalement sont très à la mode dans les laboratoires de recherche. Or, les scientifiques de Stanford ont, quant à eux, estimés qu'ils manquaient de rapidité, étaient bruyants et gourmands en énergie. En outre, même s'ils sont très maniables, ils ne peuvent pas tout faire. Par exemple, il est assez difficile de les faire se poser sur une surface verticale, comme un mur.

Pesant 500 g, l’avion dispose d’un tout petit moteur électrique et décolle en étant catapulté par une personne. Il vole en observant une trajectoire horizontale légèrement plus cabrée que la normale. Juste avant d'atteindre le bâtiment, il relève son nez vers le ciel afin d’« atterrir » ventre au mur. Il y reste accroché jusqu'à son départ. La manœuvre peut amuser ou du moins surprendre, mais elle est véritablement complexe à automatiser et à réussir. © Université de Stanford

Les écureuils volants comme modèle pour le drone

Pour trouver une solution, la science s'est encore inspirée de la nature. Les chercheurs ont donc observé les particularités de certains animaux, notamment les écureuils volants. Ces derniers sont capables de s'élancer, puis de se cabrer pour perdre de la vitesse. Puis, tout en profitant de l'élan restant, ils se plaquent contre une surface verticale afin de s'y cramponner.

C'est cette capacité de voler à plat qui a donné l'idée aux scientifiques d'utiliser une structure d'avion miniature. Léger, son rotor tourne beaucoup moins vite que celui d'un quadricoptère et est très silencieux. En flottant sur l'air, l'appareil est peu énergivore, et peut atteindre une vitesse de croisière plus élevée pour atteindre un objectif. Et surtout, en réalisant cette manœuvre acrobatique, il est capable de se plaquer sur une surface verticale en consommant une faible énergie.

Dans leurs expérimentations, pour économiser un peu plus la batterie de l'aéronef, une personne le lance à une dizaine de mètres de l'endroit où l'avion doit s'agripper. L'appareil va alors maintenir sa hauteur et sa trajectoire en ajustant la vitesse de rotation de l'hélice pour lutter contre d'éventuelles rafales. L'approche du mur est détectée par des capteurs à ultrason et optiques, qui vont alors déclencher la procédure d'atterrissage.

Doit-on parler d’« amurissage » pour ce robot-avion ?

L'ensemble des manœuvres est réalisé de façon autonome par l'ordinateur de bord et le contrôleur embarqués. Pour s'agripper, l'avion se cabre pour atteindre la verticale. Tout en profitant de son élan et en conservant un peu de puissance avec son moteur, il décroche pour se plaquer contre le mur. Au moment de l'impact, les suspensions pressent un système de griffes contre la paroi. La pression exercée leur permet de s'agripper aux aspérités du mur. Enfin, dès que l'appareil est stable, le moteur se coupe. Pour le retour du drone à sa base, la technique est également audacieuse. Pour le décollage, à l'image d'un chat, les griffes se rétractent pour lâcher prise. Tracté par son hélice, l'avion va voler presque immédiatement sur le dos. Il prend ensuite un peu de vitesse, se retourne, puis reprend le cours de son vol.

À l'avenir, les scientifiques souhaitent améliorer ce drone très particulier. Ils comptent l'équiper d'ailes à géométrie variable, comme celles que l'on peut trouver sur les avions de chasse américains F14. Elles se rétractent en vol pour gagner de la vitesse en croisière, puis sont entièrement déployées lors de l'approche pour poser l'avion le plus lentement possible. Ils pensent également combiner les capteurs existants avec un GPS, un accéléromètre ou encore un gyroscope.

Analysées en temps réel par l'ordinateur de bord, les données recueillies permettraient d'améliorer la précision du vol et des manœuvres d'accrochage pour économiser encore plus d'énergie. Enfin, pour bénéficier toujours de plus d'autonomie, les ailes pourraient être équipées de cellules solaires afin de recharger la batterie lorsque l'avion est accroché.

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