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Un drone qui vole (presque) comme un oiseau

© 2016 EPFL Alain Herzog

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On l’a doté de plumes pour qu’il puisse voler avec précision. Ce drone bio-inspiré a la faculté d’étendre ou de replier ses ailes en vol, cela le rend plus maniable et lui permet d’affronter les vents.


Comment les oiseaux font-ils pour virer de bord, prendre de la vitesse ou supporter des vents contraires ? Ils changent la configuration de leurs ailes. Pour braquer, par exemple, ils étendent l'une de leurs ailes tandis qu'ils rétractent légèrement l'autre. En modifiant l’envergure ils créent ainsi un déséquilibre calculé qui les fait tourner. Jusqu’à présent ce niveau de performance était leur prérogative.

En observant les oiseaux l’idée est née, au Laboratoire de systèmes intelligents, de construire un drone ailé ayant la faculté de pouvoir changer son envergure, de voler à très grande vitesse, de manœuvrer dans des espaces restreints tout en limitant sa consommation énergétique. Cette recherche vient d’être publiée dans la revue Interface Focus éditée par the Royal Society.

L’équipe de Dario Floreano a développé ce drone bio-inspiré pour qu’il puisse faire face à des exigences aérodynamiques variées. Il doit être capable de voler entre des obstacles, de virer serré et montrer une forte résistance au vent. En modifiant sa géométrie en vol, le drone répond à tous ces critères. Sa partie mobile se trouve à l’extérieure des ailes et correspond aux rémiges primaires de l’oiseau – les grandes plumes situées au bout des ailes.

«Les oiseaux transforment radicalement la taille et la forme de leurs ailes, car ils sont composés d'un squelette articulé, contrôlé par les muscles et recouvert de plumes qui peuvent se chevaucher pendant le pliage, nous nous en sommes inspirés, explique Matteo di Luca.» Doté lui aussi de plumes, le drone peut les replier et les faire se superposer comme un éventail.

L’un des nombreux défis a donc résidé dans la complexité de conception et de fabrication des mécanismes de morphing, c’est à dire construire en s’inspirant de la nature. «Il est extrêmement difficile de trouver le bon équilibre entre l'efficacité aérodynamique et le poids de l’appareil», précise Stefano Mintchev. L'aile est largement composée de matériaux composites afin de maximiser la force tout en réduisant le poids global du drone.

Le Morphing des ailes, pour s’adapter à l’environnement et aux conditions atmosphériques, occupe également le monde aéronautique. Les ingénieurs sont encore à la recherche de la solution idéale qui pourra remplacer les ailes et ailerons rigides des avions. Pour Dario Floreano directeur du Laboratoire ce travail est prometteur : «Grâce à notre projet d’ailes pliables, nous avons découvert que nous n’avions pas besoin d’ailerons pour aider notre drone à tourner. En changeant son envergure et sa superficie en vol nous le faisons virer automatiquement».

Ce drone ailé ouvre de nouvelles perspectives et grâce à ses facultés d’adaptation, il pourrait se montrer très efficace pour progresser à basse altitude, dans un contexte urbain où les vents restent incontrôlables.

Ce travail a été financé par NCCR Robotics.

Reference

Di Luca M, Mintchev S, Heitz G, Noca F, Floreano D. 2017 Bioinspired morphing wings for extended flight envelope and roll control of small drones. 
Interface Focus 7: 20160092. 


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