Les chercheurs avancent le vol des insectes

D’ici deux ans, des chercheurs de l’Université de Washington à Seattle ont l’intention de tester en vol un ensemble de capteurs de contrôle de vol commerciaux sur le RoboFly, ce qui a déjà fait progresser le domaine de la recherche sur les drones inspirés des insectes. À terme, cette technologie pourrait permettre le vol de robots aussi petits que des moucherons, qui pourraient être déployés par milliers à moindre coût pour diverses missions, notamment la recherche et le sauvetage, la recherche environnementale et l’exploration spatiale.

L'objet de la recherche fondamentale est d'explorer les options de commandes de vol pour les plus petits véhicules aériens, en particulier ceux pesant moins d'un gramme. Le vol est difficile pour les petits robots, en partie à cause des limitations de taille, de poids et de puissance du matériel nécessaire. Effectuer un vol contrôlé sans retour de capteurs externes a été un défi.

Les manœuvres de vol stationnaire communes aux insectes sont particulièrement difficiles à imiter pour les machines miniatures. "Pour l'état actuel de la technique du survol de petits robots, ils utilisent le télémètre laser et également le gyroscope, qui sont très lourds, très consommateurs d'énergie et également très gros", a expliqué Zhitao Yu, doctorant et assistant de recherche à l'Université de Washington. qui a co-écrit le document.

L'équipe de l'Université de Washington a adopté une nouvelle approche inspirée par la capacité des mouches à détecter le vent avec leurs antennes en forme de plumes afin de pouvoir contrôler leur vol. Les chercheurs ont détecté la vitesse avec un accéléromètre de deux milligrammes construit par mCube Incorporated, San Jose, Californie. Ils l'ont associé à un microcontrôleur et une caméra à flux optique, l'OVM6948 d'Omnivision Incorporated, Santa Clara, Californie. Ils ont testé leur concept à l'aide d'un drone de la taille d'une paume, le Crazyflie 2.1, construit par Bitcraze, dont le siège est en Suède.

Les chercheurs ont annoncé les résultats d'expériences et de simulations dans un article publié dans Science Robotics, co-écrit par Yu, Sawyer Fuller et Yash Talwekar. «Le plus petit robot capable d'effectuer un vol stationnaire contrôlé utilise une suite de capteurs pesant des centaines de milligrammes. Ici, nous démontrons qu’un accéléromètre représente peut-être le moyen le plus direct de stabiliser le vol tout en satisfaisant les contraintes extrêmes de taille, de vitesse, de poids et de puissance d’un robot volant, même s’il se réduit à quelques milligrammes seulement », ont-ils écrit dans l’introduction. .

Yu a indiqué qu'un robot moucheron fonctionnel nécessiterait des améliorations matérielles supplémentaires. «Cet article constitue une étape cruciale vers un robot moucheron volant. Il est possible de construire un robot pesant environ 10 milligrammes. C'est comme un grain de riz », a-t-il déclaré. "C'est très difficile à construire, mais cet article détermine si nous pouvons construire un système de détection pour stabiliser le robot moucheron dans les airs."

Le remplacement du matériel plus lourd n'était qu'une partie du défi. Pour que le système fonctionne, les chercheurs ont également dû développer un logiciel suffisamment efficace pour faire le travail. "Du côté des algorithmes, il y a aussi quelques défis, comme comment rendre les estimations du flux optique suffisamment efficaces sans trop consommer d'énergie", a ajouté Yu.

La prochaine étape, qui aura probablement lieu d'ici un ou deux ans, consistera à tester la solution sur le RoboFly de l'équipe de l'Université de Washington, alimenté par un faisceau laser. RoboFly a été le premier robot de la taille d'un insecte à voler sans être attaché à des fils, selon un communiqué de presse universitaire publié en 2018. Pour couper le cordon électrique, les chercheurs ont utilisé un petit circuit embarqué pour convertir l'énergie laser en électricité afin de faire fonctionner les ailes. « Avant, le concept de robots volants sans fil de la taille d’un insecte relevait de la science-fiction. Notre nouveau RoboFly sans fil montre qu'ils sont beaucoup plus proches de la vie réelle », a déclaré Fuller, professeur adjoint et chercheur pour les deux projets, dans le communiqué de presse.

RoboFly pèse environ 100 milligrammes, soit un peu plus qu'un cure-dent, et un vol réussi rapprocherait les chercheurs d'un système de la taille d'un moucheron. "Nous y travaillons. Ce que nous faisons, c'est installer l'accéléromètre ainsi que la caméra sur le RoboFly et gérer l'interface matériel-logiciel ainsi que le firmware. Je pense que dans un ou deux ans, nous pourrons le tester », a proposé Yu.