Un robot ailé capable de se poser tel un oiseau

Quand on regarde un oiseau se poser sur une branche, on a l’impression que c’est la chose la plus facile au monde. En réalité, l’acte de se percher implique un équilibre extrêmement délicat entre timing, forces d’impact élevées, vitesse et précision. Ce mouvement est si complexe qu’aucun robot ailé, ou ornithoptère, n’est parvenu à le maîtriser jusqu’à présent.

Chercheur postdoctoral au Laboratoire des systèmes intelligents (LIS) et au Laboratoire de biorobotique (BioRob) de la Faculté des sciences et techniques de l’ingénieur, Raphael Zufferey est le principal auteur d’un article récemment publié dans la revue Nature Communications, qui décrit le train d’atterrissage unique rendant possible un tel perchage. Il a créé et testé ce dernier en collaboration avec des collègues de l’Université de Séville (Espagne), où l’ornithoptère de 700 grammes a été mis au point dans le cadre du projet européen GRIFFIN.

«Il s’agit de la première phase d’un projet plus vaste. Si un ornithoptère maîtrisait l’atterrissage sur une branche d’arbre de manière autonome, il pourrait effectuer des tâches spécifiques, comme la collecte discrète d’échantillons biologiques ou la prise de mesures sur un arbre. À terme, il pourrait même se poser sur des structures artificielles, ce qui ouvrirait de nouveaux domaines d’application», explique Raphael Zufferey.

Il ajoute que la possibilité de se poser sur un perchoir pourrait être un moyen plus efficace pour les ornithoptères – qui, comme de nombreux aéronefs téléguidés, ont une autonomie limitée – de se recharger à l’aide de l’énergie solaire, ce qui pourrait en faire des outils parfaits pour les missions de longue durée.

«Il s’agit d’un grand pas vers l’utilisation de robots ailés, qui peuvent pour l’instant accomplir seulement des vols libres, pour des tâches de manipulation et d’autres applications du monde réel», poursuit-il.

Augmenter la force et la précision, réduire le poids et la vitesse

Les problèmes d’ingénierie liés à l’atterrissage d’un ornithoptère sur un perchoir sans commande externe ont nécessité de gérer 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 s’accrocher au perchoir et supporter le poids du robot, sans être trop lourde pour pouvoir être maintenue en l’air. «C’est une des raisons pour lesquelles nous avons choisi une seule griffe plutôt que deux», fait remarquer Raphael Zufferey. Enfin, le robot devait être capable de percevoir son environnement et le perchoir devant lui en fonction de sa position, de sa vitesse et de sa trajectoire.

Les scientifiques y sont parvenus en équipant l’ornithoptère d’un ordinateur et d’un système de navigation entièrement embarqués, complétés par un système externe de capture de mouvements pour l’aider à déterminer sa position. L’appendice de la patte de l’ornithoptère était finement calibré pour compenser les oscillations du vol lorsqu’il tentait de se concentrer sur le perchoir et de l’agripper. La griffe a été conçue de sorte à absorber l’élan vers l’avant du robot lors de l’impact, et à se refermer rapidement et fermement afin de supporter son poids. Une fois perché, le robot reste sur le perchoir sans dépenser d’énergie.

Malgré tous ces facteurs à prendre en compte, Raphael Zufferey et ses collègues ont réussi le pari, en créant au final non pas un, mais deux ornithoptères à griffe pour reproduire leurs résultats de perchage.

Raphael Zufferey se projette déjà dans l’avenir et réfléchit à la manière dont leur dispositif pourrait être élargi et amélioré, notamment dans un environnement extérieur.

«Pour le moment, les expériences de vol sont réalisées en intérieur, car nous devons contrôler la zone de vol avec une localisation précise depuis le système de capture de mouvements. Plus tard, nous aimerions augmenter l’autonomie du robot pour qu’il effectue des tâches de perchage et de manipulation en extérieur dans un environnement plus imprévisible.»