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De petits drones déplacent des objets faisant 40 fois leur poids

© 2018 EPFL

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Des chercheurs de l'EPFL et de Stanford ont développé de petits drones capables de déplacer des objets 40 fois plus lourds qu'eux à l'aide de puissants treuils, d'adhésifs gecko et de micro-pointes.


Pour les petits drones développés à l'EPFL et à l'Université de Stanford, une porte fermée ne constitue plus un obstacle. Equipés de technologies d'accrochage avancées – inspirées des pattes du gecko et des insectes – , ils sont capables d'interagir avec le monde qui les entoure, et de collaborer pour attraper au lasso la poignée d'une porte, avant de l'ouvrir.

Appelés FlyCroTugs – flying, micro, tugging robots – , ces micro robots volants tracteurs ont été mis au point au sein du Laboratoire de Dario Floreano (LIS) à la Faculté des sciences et techniques de l'EPFL, et dans le laboratoire de Mark Cutkosky, à la Fletcher Jones Chair de l'Université de Stanford. Les FlyCroTugs sont de micro engins volants que les chercheurs ont modifiés, de manière à ce qu'ils puissent s'accrocher à différentes surfaces, en utilisant des adhésifs gecko et des micro-pointes. Pourvus de ces mécanismes de fixation, les FlyCroTugs peuvent tirer des objets pesant jusqu'à 40 fois leur poids, comme des poignées de portes, des caméras ou encore des bouteilles d'eau dans des situations de sauvetage. La technologie est publiée dans Science Robotics.

«Lorsque vous êtes un petit robot, le monde est rempli de gros obstacles», explique Matthew Estrada, un étudiant diplômé de Stanford ayant travaillé sur ce projet au LIS, et qui est le premier auteur de l'article. «En combinant les forces aérodynamiques de notre engin volant avec les forces d'interaction que nous générons avec les mécanismes de fixation, nous obtenons quelque chose de très mobile, de très puissant et en même temps très petit. »

Les chercheurs affirment que les FlyCroTugs, grâce à leur petite taille, peuvent naviguer dans des espaces restreints et assez près des gens, ce qui les rend utiles pour la recherche et le sauvetage de personnes. Solidement attachés aux surfaces tandis qu'ils tirent, ces minuscules robots pourraient potentiellement déplacer des éléments de débris ou positionner une caméra pour évaluer une zone dangereuse.

Inspirés de la nature
Les FlyCroTugs ont été inspirés par le monde naturel. Les chercheurs se sont tournés vers les guêpes, pour disposer d'un engin volant rapide, petit et très manœuvrable.

«Les guêpes peuvent voler rapidement vers de la nourriture et, si la chose est trop lourde pour pouvoir décoller avec, elles la traînent sur le sol. C'était en quelque sorte l'inspiration de départ de l'approche que nous avons choisie», dit Mark Cutkosky, de Stanford, l'un des co-auteurs de l'article.

Les chercheurs ont lu les études consacrées à la capture et au transport des proies chez les guêpes, et défini le rapport entre les muscles impliqués dans le vol et la masse totale, qui détermine si une guêpe porte ses proies ou les tire sur le sol. Ils ont également suivi l'exemple de la guêpe pour les différentes options d'accrochage, selon l'endroit où le FlyCroTugs se pose. Pour les surfaces lisses, les robots ont des fixations de gecko, des adhésifs non collants qui imitent les structures complexes des pattes de gecko, et tiennent en créant des forces intermoléculaires entre l'adhésif et la surface. Pour les surfaces rugueuses, ces robots sont équipés de 32 micro-pointes, une série de pointes de métal en forme d’hameçon qui peuvent s'accrocher individuellement aux aspérités de la surface.

Chaque FlyCroTugs est pourvu d'un treuil avec un câble, et des micro-pointes ou de l'adhésif gecko pour pouvoir tirer. Au-delà de ces éléments fixes, les robots sont hautement modifiables. L'emplacement des fixations peut varier en fonction de la surface sur laquelle ils vont se poser, et les chercheurs peuvent aussi ajouter des éléments destinés à des mouvements sur le sol, comme des roues. Disposer tous ces éléments sur un petit engin volant qui pèse moins qu'une balle de golf n'a pas été une mince affaire, selon les chercheurs.

«Les gens ont tendance à voir les drones comme des machines qui volent et observent le monde, mais les insectes volants font bien d'autres choses, comme marcher, grimper, saisir, construire, et les insectes sociaux peuvent même coopérer pour multiplier leurs forces», commente Dario Floreano, co-auteur de l'étude. «Avec ce travail, nous montrons que de petits drones sont capables de s'amarrer à l'environnement et, en collaborant avec des «collègues» drones, peuvent accomplir des tâches typiquement attribuées à des robots humanoïdes ou à des machines beaucoup plus grandes».

Interagir avec le monde
Les drones et autres robots volants sont à la mode en ce moment, mais les FlyCroTugs – avec leur capacité à se percher, grimper, pousser et tirer – relèvent d'une niche plus spécifique, selon Mark Cutkosky.

Les chercheurs sont capables d'ouvrir des portes fermées avec deux FlyCroTugs. Ils en ont aussi fait voler un au-dessus d'une structure en train de s'écrouler, et ils ont fait descendre une caméra pour voir à l'intérieur. A l'avenir, l’idée est de travailler à un contrôle autonome, et sur la façon de faire voler plusieurs engins instantanément.

Financement

Ce travail a été financé par le National Centre for Competence in Research (NCCR) Robotics, le Fonds National Suisse (SNF) et le United States Army Research Laboratory MAST program.

Références

M. A. Estrada, S. Mintchev, D. Christensen, M. R. Cutkosky, D. Floreano, Forceful Manipulation with Micro Air Vehicles, Science Robotics


Auteurs: Taylor Kubota, Mediacom
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