Un robot aérien capable de modifier sa forme en plein vol
Publié par Adrien le 01/06/2018 à 00:00
Source: CNRS
C'est une première mondiale: des chercheurs de l'Institut des sciences du mouvement Étienne Jules Marey (CNRS/Aix-Marseille Université) se sont inspirés des oiseaux pour concevoir un robot aérien capable de modifier sa forme en plein vol. Il peut en effet changer l'orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil à l'équinoxe) et des points cardinaux (nord de la boussole) ;) de ses bras, munis de moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou travail.[réf. nécessaire]) et de pales pour se propulser comme un hélicoptère (Un hélicoptère est un aéronef à voilure tournante dont le ou les rotors procurent à eux seuls la propulsion et la sustentation pendant toutes les phases du vol.), pour réduire son envergure (L'envergure est la distance entre les extrémités des ailes. Le terme est valable pour définir un oiseau, un chiroptère, un avion (ou planeur).) et naviguer dans des espaces encombrés. Ces travaux, publiés le 30 mai 2018 dans Soft Robotics Journal, ouvrent la voie à une nouvelle génération de robots de grande taille capables de se faufiler dans des passages étroits, un nouvel outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la simplification des actions entreprises, par une...) idéal (En mathématiques, un idéal est une structure algébrique définie dans un anneau. Les idéaux généralisent de façon féconde l'étude de la...) pour les missions d'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) et de secours.


Le robot Quad-Morphing
© Valentin Rivière (En hydrographie, une rivière est un cours d'eau qui s'écoule sous l'effet de la gravité et qui se jette dans une autre rivière ou dans un fleuve,...) et Stéphane Viollet, Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) des sciences du mouvement ? Étienne Jules Marey (CNRS/Aix-Marseille Université).

Les oiseaux et les insectes (Insectes est une revue francophone d'écologie et d'entomologie destinée à un large public d'amateurs et de naturalistes. Produite par l'Office pour les insectes et leur...) ailés possèdent une formidable capacité à réaliser des man?uvres rapides pour éviter les obstacles qu'ils rencontrent durant leur vol. Cette grande agilité est nécessaire pour naviguer dans des lieux très denses tels que des forêts ou des environnements très encombrés. De nos jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit...), des engins volants miniatures sont eux aussi capables d'adapter leur posture (En posturologie, la posture est l'élaboration et le maintien actif de la configuration des différents segments du corps dans l'espace, elle exprime la manière dont l'organisme affronte...) (en roulis ou en tangage par exemple) pour passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) dans une ouverture étroite. Il existe cependant un autre type de stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :) tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) aussi efficace permettant aux oiseaux de traverser un passage resserré à grande vitesse (On distingue :) et ce en dépit d'une envergure imposante: ils peuvent modifier subitement leur morphologie durant le vol en repliant leurs ailes et ainsi passer avec aisance à travers toutes sortes d'obstacles (1).

Les robots volants seront de plus en plus amenés à évoluer dans des milieux très encombrés pour des missions de secours, d'exploration ou de cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le principe majeur de la cartographie est la représentation de données sur un support réduit représentant un espace...). Ces robots devront donc éviter les nombreux obstacles et franchir des passages plus ou moins exigus afin de remplir leur mission. Dans cette optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.), les chercheurs de l'Institut des sciences du mouvement ? Étienne Jules Marey (CNRS/Aix-Marseille Université) ont conçu un robot volant, capable de diminuer son envergure en plein vol pour passer à travers une ouverture sans avoir un pilotage agressif, trop couteux en énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.).

Ce nouveau robot, appelé Quad-Morphing, est doté de deux bras sur lesquels sont fixés deux moteurs munis chacun de pales qui lui permettent de se propulser comme un hélicoptère. Grâce à un mécanisme mêlant câbles souples et rigides, il est capable de modifier l'orientation de ses deux bras, c'est-à-dire de les orienter parallèlement ou perpendiculairement à son axe central, et ceci en plein vol. Il parvient ainsi à réduire son envergure de moitié, à franchir un passage étroit, et à se redéployer, le tout à une vitesse très élevée pour un robot aérien (9 km/h) (2).

L'agilité du Quad-Morphing est actuellement déterminée par la précision de son autopilote, qui déclenche le changement d'orientation des bras à l'approche d'un obstacle étroit sur la base de sa position fournie par un système de localisation 3D développé au laboratoire (3). Les chercheurs ont cependant équipé le robot d'une mini-caméra capable de capturer des images à haute cadence (120 images par seconde), ce qui lui permettra à l'avenir d'estimer par lui-même la taille de l'obstacle et de prendre la décision de se replier ou non. Les tests de cette nouvelle version du Quad-Morphing ont débuté en mai 2018.

Notes:

(1) Ces prouesses ont été observées chez les perruches et les faucons à des allures de plus de 14 km/h.
(2) Pour les autres robots volants, qui optent plutôt pour une approche dite agressive (sans repliement des bras), les vitesses sont de l'ordre de 10 km/h à 15 km/h environ.
(3) Ces travaux ont été menés dans l'arène de vol de la méditerranée, financée par l'Equipex Robotex. Cette arène est équipée de 17 caméras pour capturer le mouvement.
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