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Une nouvelle génération de robots volants inspirés des êtres vivants

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Chauves-souris, albatros, insectes et fruit de l'érable figurent désormais au programme d'un vaste effort de recherches sur les drones, financé aux Etats-Unis par l'armée et impliquant huit universités.

Timothy Horiuchi tente d'imiter, après les avoir observées en détail, les techniques des chauves-souris pour éviter les obstacles ou chasser les insectes volants dans l'obscurité totale. © AVL

Les humains ont montré qu'ils savaient réaliser des engins volants lourds et rapides. Mais dans le domaine de la légèreté, la nature, qui teste des dispositifs divers depuis des centaines de millions d'années, conserve une grosse longueur d'avance. C'est la conclusion de chercheurs du laboratoire des véhicules autonomes (AVL, Autonomous Vehicle Laboratory) de l'université du Maryland, fervents adeptes de la bionique.

L'équipe de J. Sean Humbert, dont les chercheurs cumulent souvent des formations d'ingénieur et de neurobiologie ou de biologie, se consacre désormais à l'étude des systèmes de vol et de navigation des organismes vivants pour les appliquer à des engins volants légers. Ce choix n'est pas anecdotique puisque l'armée américaine a gratifié le laboratoire d'un budget de douze millions de dollars (15,5 millions d'euros) pour poursuivre dans cette voie. L'AVL a ainsi pris la tête d'un programme de recherche impliquant sept autres universités américaines.

Pourquoi ne pas s'inspirer des mouches, expertes en pilotage depuis 250 millions d'années ? © AVL

Les réalisations actuelles restent à l'état de prototypes et même d'expériences de laboratoire. A l'université de Maryland, Satyandra K. Gupta et son équipe ont réalisé trois appareils volants à ailes battantes - des ornithoptères -, de 8, 12 et 35 grammes, dont le vol ressemble étonnamment à celui des oiseaux. Plusieurs vidéos (de grandes tailles) sont visibles sur le site de Terp, le magazine de l'université du Maryland. Inderjit Chopra travaille, plus fondamentalement, sur la compréhension fine de l'aérodynamique du vol des insectes, des oiseaux et... des machines volantes à rotor, donc notamment les hélicoptères, dont les principes sont pourtant très différents. Selon ces chercheurs, les observations effectuées chez les insectes suggèrent qu'un rotor flexible améliorerait nettement les performances, ce que l'équipe est en train de vérifier.

Des solutions à étudier de très près

Humbert et ses collègues cumulent une formation d'ingénieur et de neurobiologie ou de biologie. Plusieurs équipes explorent des voies différentes. Des mouches volent dans des tunnels de soufflerie sous l'œil de caméras. Darryll Pines, l'un des chercheurs de l'équipe, pense que des résultats exploitables seront obtenus dans cinq ans.

Lui ne s'intéresse pas aux mouches mais à la samare, le fruit ailé de l'érable, de l'orme, du merisier et d'autres arbres. Sans mouvement mécanique, cet équipement confère au fruit, lorsqu'il tombe de l'arbre « le plus faible taux de chute connu comparativement à son poids et à sa taille », ce qui, dans la nature, favorise la dispersion des graines.

Timothy Horiuchi, lui, regarde voler les chauves-souris, non pas pour leur aérodynamique mais pour leur manière d'utiliser l'écholocation, c'est-à-dire l'émission d'ondes ultrasonores qui se réfléchissent sur les obstacles ou sur les proies aussi petites qu'un moustique, permettant d'en détecter la position. Electronicien, il travaille avec Cynthia Moss, professeur de psychologie. Placées dans des conditions expérimentales, les chauves-souris ont démontré des aptitudes insoupçonnées, comme de traverser un trou dans un filet.

Jared Grauer testant un engin à ailes battantes directement inspiré de l'albatros, un oiseau capable de planer sur des milliers de kilomètres et qui intéresse les roboticiens. © AVL

Les scientifiques ont notamment remarqué que ces mammifères volants augmentent la fréquence de leurs émissions ultrasonores à mesure qu'un obstacle approche. Le jeune électronicien espère trouver ainsi des idées pour réaliser des systèmes de navigation destinés à des engins volants robotisés, leur permettant d'éviter les obstacles et de se déplacer « dans le fouillis urbain », comme le dit Sean Humbert.

Des engins autonomes de ce genre, volants, nageants ou rampants sont à l'étude dans bien d'autres laboratoires et dans plusieurs pays du monde. A l'Institut Polytechnique de Lausanne (EFPL), par exemple, les chercheurs planchent sur un robot sauteur.

Ces recherches sont souvent orientées, comme c'est le cas aux Etats-Unis, vers la réalisation de drones à usage militaire, voire policier, parce que c'est de là que vient le financement le plus facile. Mais ces appareils serviront aussi à chercher des victimes, à explorer un site dangereux ou surveiller les canalisations ou des lignes à haute tension. En Hollande, l'équipe de l'université de Delft qui étudie depuis des année des appareils à quatre ailes battantes, ressemblant à des libellules, et baptisés Delfly, travaille actuellement à l'Exofly, destiné à l'exploration de planètes ou de satellites à atmosphère, comme Vénus, Mars ou Titan.

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