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Une nageoire artificielle pour les sous-marins autonomes

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Inspirée par la nature, une équipe de chercheurs du MIT (Massachusetts Institute of Technology) est en train de mettre au point un système d'aileron mécanique qui pourrait un jour propulser les sous-marins robotisés de type AUV (autonomous underwater vehicles).

Le professeur Ian Hunter (en haut) et James Tangorra tenant un modèle de nageoire artificielle. Crédit : MIT - Donna Coveney.

Les sous-marins autonomes sont aujourd'hui couramment utilisés, aussi bien pour des missions de reconnaissance océanique que de sauvetage ou de renflouage. Mais l'équipe du MIT souhaite créer une nouvelle génération de ces engins, dont les déplacements et les manœuvres seraient rendus beaucoup plus souples par suppression des contraintes liées à l'emploi d'une hélice, et aussi mieux adaptée à un usage militaire, où la rapidité de manœuvre est souvent décisive (action de déminage, par exemple).

C'est en étudiant le mode de déplacement de la perche-soleil (sunfish en anglais) que les scientifiques ont été convaincus qu'ils tenaient peut-être là une solution intéressante. Ce centrachidé de 10 à 15 cm possède un mouvement de natation qui le distingue de la plupart des autres poissons, obtenant une poussée constante vers l'avant avec une absence presque totale de traînée en arrière.

Perche-soleil

James Tangorra, un post-doctorant associé à l'équipe du MIT conduite par le professeur Ian Hunter du Department of Mechanical Engineering, ainsi que d'autres scientifiques, ont décomposé le mouvement de natation de la perche-soleil en 19 séquences afin de l'analyser.

"Nous ne voulons pas imiter exactement la nature", déclare à ce sujet Tangorra, qui rejoindra bientôt le corps enseignant de la Drexel University. "Nous avons l'intention de déterminer quels éléments sont les plus importants pour la propulsion, afin de nous en inspirer."

Une imitation presque parfaite

L'équipe a déjà produit plusieurs prototypes statiques qui imitent avec succès la nageoire du poisson. Leur modèle le plus récent est constitué d'un polymère conducteur d'électricité, et a été décrit dans la revue Bioinspiration & Biomimetics. Ce véritable membre artificiel est capable d'effectuer deux mouvements simultanés, soit un battement propulsif accompagné d'une cambrure verticale de la nageoire destinée à obtenir un meilleur appui sur le milieu.

Une perche-soleil face à sa concurrente mécanique. Crédit : MIT - Donna Coveney.

Lorsqu'un courant électrique est envoyé à la base de l'aileron, celui-ci exécute un battement vers l'avant, comme une véritable nageoire de perche-soleil. En changeant la direction du courant électrique, les chercheurs peuvent provoquer un mouvement de torsion des parties haute et basse de l'aileron, mais la difficulté a été d'obtenir les deux actions de façon parfaitement simultanée et synchronisée. Pour cela, les chercheurs ont disposé des bandes de Mylar le long d'endroits stratégiques afin d'orienter et limiter le mouvement de l'ensemble. Cette idée a été couronnée de succès, mais l'équipe cherche encore des procédés alternatifs.

Evolution future

La première génération - statique - de ce système de propulsion exigeait toutefois des moteurs trop encombrants et trop bruyants pour passer à un stade plus avancé et ne permettant pas la construction d'un appareil autonome. Une seconde génération de polymères offre plus de possibilités en réduisant la puissance nécessaire pour animer la nageoire. Pour cela, les chercheurs ont abandonné l'idée de découper simplement sa forme dans une feuille de Mylar, mais l'obtiennent directement par moulage d'un composé soumis à une réaction chimique, ce qui leur permet d'obtenir un meilleur contrôle de la structure moléculaire, et aussi un meilleur relief (renforts, membrures...).

Dans un proche avenir, l'équipe projette d'analyser d'autres aspects du mouvement du poisson et de les reproduire, telles les interactions entre les différentes nageoires, ainsi qu'entre les nageoires et le corps fuselé de la perche-soleil. "Cela permettra aux concepteurs de mieux comprendre les principes de la nature et de les adapter à la construction de véhicules robotisés", conclut Tangorra.

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