Usage personnel ou professionnel, civil ou militaire… Aujourd’hui, les drones sont partout et de plus en plus perfectionnés. Afin d’améliorer les capacités de ces objets volants, les chercheurs s’inspirent des capacités de vol des oiseaux et des insectes. C’est le cas du modèle Quad-morphing.
Un drone qui fait appel au biomimétisme
Pas besoin d’être un scientifique chevronné pour s’en rendre compte : la nature est ingénieuse et surtout, c’est une source d’inspiration inépuisable. Dans le cas de la robotique et des drones, on parle alors de biomimétisme lorsqu’un modèle s’inspire de caractéristiques animales ou végétales pour mieux fonctionner. Dans la famille des drones, on parle même de morphodrones. Il s’agit tout simplement d’apporter à un modèle bionique des caractéristiques d’êtres vivants pour optimiser les structures et les formes. C’est ce qu’ont cherché à faire des chercheurs du CNRS avec le modèle « Quad-morphing » : ce modèle parvient à modifier en plein vol sa morphologie pour se faufiler dans des passages étroits.
Pour l’équipe de chercheurs de l’Institut des sciences du mouvement Etienne-Jules Marey (CNRS Aix-Marseille Université), l’inspiration est venue des oiseaux et des insectes, qui sont capables de véritables prouesses pendant qu’ils volent. Il est vrai que jusqu’à présent, les pilotes de drones avaient beaucoup de mal à effectuer des manœuvres pour éviter des obstacles ou franchir des portillons. Dans la nature, ce genre de problèmes ne se pose pas : au lieu de se repositionner brutalement en changeant d’angles, les insectes ailés et les oiseaux modifient leur morphologie lorsqu’un obstacle se présente. Les chercheurs se sont servis du biomimétisme afin de créer un robot volant pourvu des mêmes capacités.
Inspiré par l’agilité des perruches, le Quad-Morphing est un #robot aérien capable de diminuer son envergure de moitié pour franchir un obstacle. https://t.co/6Lps2eSLkU via @IT_technologies #biomimétisme #drone #innovation #recherche pic.twitter.com/7f0Ia8LOyR
— Virginie Gaston (@Virginie_Gaston) 5 juin 2018
Modifier sa morphologie en plein vol
Unique en son genre, le « Quad-morphing » diffère de toutes les autres expérimentations faites jusqu’à présent. On peut certes citer le drone funambule de l’Université de Zurich, capable de rétablir sa trajectoire seul en cas de bourrasque. Mais ce n’est pas comparable au prototype du CNRS : ce dernier est, en effet, capable de modifier l’orientation de ces deux bras motorisés pour franchir un obstacle. Au besoin, il les positionne parallèlement ou perpendiculairement à l’axe central. Pour y parvenir, l’équipe a muni le modèle d’un servomoteur rapide et précis, placé sur la partie centrale du drone. Ce dispositif fait alors pivoter un axe entraînant des câbles flexibles et rigides pour réorienter les deux bras portant les deux rotors à leur extrémité (les rotors étant la partie en rotation du drone, comme une hélice).
Il a fallu intégrer au modèle d’autres éléments pour contrôler la manœuvre, particulièrement complexe. Parmi l’arsenal d’auto-pilotage, les chercheurs ont intégré une unité de mesure inertielle à six axes (capacité pointue à mesurer le mouvement) ainsi qu’une carte de contrôleur des rotors. Cela permet de se synchroniser à la volée lors des changements de position du bras, ce qui est le plus difficile dans cette technique.
Des problèmes à optimiser à l’avenir
Grâce à ce procédé de changement de position des bras, les scientifiques ont réussi à réduire l’envergure de l’aéronef de 48 % pour franchir une minuscule porte à la vitesse de 2,5 mètres par seconde. Ce qui est bluffant, c’est le temps que prend le changement de position des bras : 250 millisecondes. Par ailleurs, pour que l’autopilote puisse anticiper au maximum la morphologie à adopter pour franchir un passage étroit, le drone a été équipé d’une mini-caméra, restituant 120 images par seconde. Les données sont traitées en temps réel par un système de localisation 3D. Si le prototype du CNRS risque de révolutionner le monde des drones, plusieurs difficultés subsistent.
De fait, les grosses difficultés des chercheurs ont tourné autour des techniques de compensation à mettre au point pour éviter la perte de contrôle lors des changements de morphologie. Il apparaît clair que lors de ces manœuvres, la modification rapide de la position des bras entraîne une perte de stabilité en raison de l’inertie et des changements d’angles. Malgré l’absence de collision et un système de compensation pointu, les chercheurs ont remarqué que l’appareil perdait instantanément de l’altitude et prenait également un angle inférieur à 10°. Néanmoins, au vu du succès des expérimentations, ce n’est pas rédhibitoire. Ce problème issu d’un manque de synchronisation des rotors devra toutefois être optimisé dans l’avenir.
À terme, les drones seront de plus en plus perfectionnés comme ce prototype et pourront être exploités par l’armée. On peut sans problème imaginer un usage de cette technologie pour introduire des drones spécialisés dans des interstices étroits lors de missions de sauvetage ou d’analyse dans des espaces confinés. Le domaine de la robotique a d’ailleurs fait du biomimétisme un cheval de bataille. La nature n’a donc pas fini de nous inspirer.
