Le drone qui se déploie plus vite que son ombre

Inspiré de l’origami, le drone pliable mis au point par une équipe de l’EPFL et du NCCR Robotics se déploie et prend son envol en un tiers de seconde. A peine mis en marche, les hélices s’enclenchent, les bras articulés s’étendent et l’engin est prêt à partir en mission. Léger, il peut être transporté dans un sac et déployé en un tour de main, sans aucun montage. Cet engin zèlé pourrait donc être rapidement lâché en essaim sur une zone sinistrée pour en rapporter des images et entrer en communication avec des personnes en difficultés.

Exploiter la force des hélices
Les bras, en fibre de verre et tissu polyester, léger et non extensible, ont une forme trapézoïdale en position repliée. Au repos, ils sont enroulés horizontalement autour du corps de l’appareil. L’astuce pour permettre un dépliage autonome est intrinsèque à l’appareil: il s’agit d’exploiter la force générée par les hélices pour enclencher un mouvement. En tournant toutes dans le même sens, elles provoquent une rotation des bras dans le sens inverse. Cela a pour effet de les ouvrir autour de deux plis verticaux. Lorsque les bras sont en extension complète, leur partie supérieure se rabat horizontalement et vérouille le segment. Le tout est maintenu par de petits aimants.

Mais le vol stable d’un quadrotor nécessite que deux hélices diagonalement opposés tournent dans le sens des aiguilles d’une montre alors que les deux autres s’agitent dans le sens contraire. Ce drone, possède donc un capteur qui permet l’inversion du sens de rotation de deux des rotors avant l’envol. Cette opération se déroule automatiquement en moins de 50 milisecondes après que le senseur ait détecté le verrouillage des bras. Cet ingénieux système fait l’objet d’un brevet et sera présenté le 25 mai à l’International Conference on Robotics and Automation à Seattle, qui rassemblera 2000 spécialistes de la robotique.

Une rigidité naturelle
Ce champion du déploiement simple en apparence recelle cependant un assemblage de divers éléments optimisés. La rigidité des appendices par exemple est un paramètre critique pour assurer la manoeuvrabilité d’un quadrotor. Des membres trop flexibles pourraient se plier et vibrer durant le vol, causant de l’instabilité et réduisant le temps de réaction du quadrotor aux commandes extérieures. Avec ce design, la rigidité des bras est directement incluse dans leur pliage et leur déploiement horizontal permet d’éviter des déséquilibre dûs aux lois de la gravité. Aucun mécanisme aditionnel de renforcement ne vient donc alourdir l’engin.

De plus cette solution a l’avantage d’être réversible. «Le repliage est encore manuel pour ce prototype, mais un utilisateur entraîné en a pour moins de 10 secondes de le replier », estime son concepteur, Stefano Mintchev, qui envisage déjà une version qui se replie sans aide.

Le travail futur se concentrera sur l’optimisation. Il s’agira notamment de réduire encore son poids afin d’en réaliser de plus gros, et d’améliorer la résilience des bras contre les colisions. Avec des ailes, une cage de protection ou autre : le principe de pliage origamique issu du Laboratoire de systèmes intelligents, piloté par Dario Floreano, pourrait bientôt être appliqué à d’autres types d’engins volant.