Un nouveau robot ailé peut atterrir comme un oiseau


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  • Un oiseau atterrissant sur une branche donne l’impression que la manœuvre est la chose la plus facile au monde, mais en fait, l’acte de se percher implique un équilibre extrêmement délicat entre le timing, les forces à fort impact, la vitesse et la précision. C’est un mouvement si complexe qu’aucun robot à aile battante (ornithoptère) n’a pu le maîtriser jusqu’à présent.

    Raphael Zufferey, stagiaire postdoctoral au Laboratoire des systèmes intelligents (LIS) et Biorobotique ab (BioRob) à la School of Engineering, est le premier auteur d’une étude récente Communication Nature papier décrivant le train d’atterrissage unique qui rend un tel perchage possible. Il l’a construit et testé en collaboration avec des collègues de l’Université de Séville, en Espagne, où l’ornithoptère de 700 grammes lui-même a été développé dans le cadre du projet européen GRIFFON.

    « Il s’agit de la première phase d’un projet plus vaste. Une fois qu’un ornithoptère peut maîtriser l’atterrissage de manière autonome sur une branche d’arbre, il a le potentiel d’effectuer des tâches spécifiques, telles que la collecte discrète d’échantillons biologiques ou des mesures sur un arbre. À terme, il pourrait même atterrir sur des structures artificielles, ce qui pourrait ouvrir de nouveaux domaines d’application », explique Zufferey.

    Il ajoute que la possibilité d’atterrir sur un perchoir pourrait constituer un moyen plus efficace pour les ornithoptères – qui, comme de nombreux véhicules aériens sans pilote (UAV) ont une autonomie limitée – de se recharger à l’aide de l’énergie solaire, ce qui les rend potentiellement idéaux pour les missions à longue portée.

    « C’est un grand pas vers l’utilisation de robots à ailes battantes, qui pour l’instant ne peuvent vraiment faire que des vols libres, pour des tâches de manipulation et d’autres applications du monde réel », dit-il.

    Maximiser la force et la précision ; minimisant le poids et la vitesse

    Les problèmes d’ingénierie liés à l’atterrissage d’un ornithoptère sur un perchoir sans aucune commande externe ont nécessité la gestion de nombreux facteurs que la nature a déjà si parfaitement équilibrés. L’ornithoptère devait être capable de ralentir considérablement lorsqu’il se perchait, tout en maintenant son vol. La griffe devait être suffisamment solide pour saisir le perchoir et supporter le poids du robot, sans être si lourde qu’elle ne puisse pas être maintenue en l’air. « C’est l’une des raisons pour lesquelles nous avons opté pour une seule griffe plutôt que deux », note Zufferey. Enfin, le robot devait être capable de percevoir son environnement et le perchoir devant lui en fonction de sa propre position, vitesse et trajectoire.

    Les chercheurs ont réussi tout cela en équipant l’ornithoptère d’un ordinateur et d’un système de navigation entièrement embarqués, complétés par un système externe de capture de mouvement pour l’aider à déterminer sa position. L’appendice patte-griffe de l’ornithoptère a été finement calibré pour compenser les oscillations de haut en bas du vol alors qu’il tentait de se concentrer et de saisir le perchoir. La griffe elle-même a été conçue pour absorber l’élan vers l’avant du robot lors de l’impact et pour se fermer rapidement et fermement pour supporter son poids. Une fois perché, le robot reste sur le perchoir sans dépense d’énergie.

    Même avec tous ces facteurs à prendre en compte, Zufferey et ses collègues ont réussi, construisant finalement non seulement un mais deux ornithoptères à pattes griffues pour reproduire leurs résultats de perchage.

    Pour l’avenir, Zufferey réfléchit déjà à la manière dont son appareil pourrait être étendu et amélioré, en particulier dans un environnement extérieur.

    « Pour le moment, les expériences de vol sont réalisées à l’intérieur, car nous avons besoin d’une zone de vol contrôlée avec une localisation précise à partir du système de capture de mouvement. À l’avenir, nous aimerions augmenter l’autonomie du robot pour effectuer des tâches de perchage et de manipulation à l’extérieur dans un environnement plus imprévisible.

    Les références

    Zufferey, R., Tormo-Barbero, J., Feliu-Talegón, D. et al. Comment les ornithoptères peuvent se percher de manière autonome sur une branche. Nat Commun 13, 7713 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-35356-5

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