C'est une mouche ! C'est un bug ! C'est un Microplane !

Presque tous d'entre nous ont souhaité à un moment ou à un autre être une mouche sur le mur, mais personne ne veut se faire écraser. Une option plus sûre pourrait être de commander une flotte de mouches intelligentes qui pourraient rechercher et signaler des informations critiques tout en restant à l'abri du danger. Avec cette idée en tête, les ingénieurs du Lincoln Laboratory du MIT développent actuellement un micro-véhicule aérien, un avion espion semi-autonome assez petit pour tenir dans la paume de votre main.

L'idée de produire le premier avion miniature de collecte de renseignements au monde a été proposée il y a trois ans au Lincoln Lab, où les chercheurs ont cherché un moyen de fournir un accès direct aux données de reconnaissance pour les soldats servant dans de petites unités militaires, telles que celles déployées en milieu urbain. Ils ont imaginé un système de surveillance portable qui pourrait rapidement informer les soldats des dangers imminents et invisibles. Dans les zones urbaines, par exemple, un tel système pourrait permettre aux soldats de voir au-dessus de la colline et au coin de la rue, explique William R. Davis, qui gère le programme de micro-véhicules aériens du Lincoln Lab. Les versions avancées peuvent détecter les armes nucléaires, biologiques et chimiques en terrain hostile, évaluer les dégâts au combat ou surveiller les crises d'otages ou les affrontements à la Waco.

Cette histoire faisait partie de notre numéro d'octobre 1997

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Basée en grande partie sur les concepts décrits au Lincoln Lab, la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) a lancé cette année un programme de 35 millions de dollars pour développer des prototypes de micro-véhicules aériens, sollicitant des propositions préliminaires de l'industrie et du milieu universitaire. Les organisations en compétition pour le financement comprennent des laboratoires universitaires tels que le Georgia Tech Research Institute (GTRI), des sociétés aérospatiales et des petites entreprises.

Dans le même temps, la DARPA a fourni un financement initial au Lincoln Lab pour développer un prototype entièrement fonctionnel, que les chercheurs espèrent terminer dans les trois ans. Pesant deux onces et mesurant moins de six pouces de longueur et de largeur, le véhicule prototype volera à 20 à 30 miles par heure, fonctionnera dans un rayon allant jusqu'à 3 miles (la limite se rapporte à la portée attendue du système de communication du véhicule) , et restent en l'air jusqu'à une heure. Il doit également avoir des capacités de reconnaissance et de navigation.

Dans l'ensemble, déclare Milan Vilajenik, qui dirige la division d'ingénierie de Lincoln Lab, cela va être une puce volante.

Compte tenu de ses contraintes de taille et de poids, faire décoller et maintenir cette puce volante ne sera pas une mince affaire. Au fur et à mesure que la taille diminue, explique Vilajenik, la technologie existante est trop importante. La plupart des sous-systèmes devront être développés.

Le premier défi consiste à créer une conception d'aile efficace qui puisse fournir suffisamment de portance et une traînée suffisamment faible pour un véhicule de cette taille, dans lequel le comportement aérodynamique diffère de celui des avions plus gros et plus rapides. L'équipe du Lincoln Lab a calculé qu'un engin en vol stationnaire avec des pales de rotor nécessiterait environ deux fois la puissance d'un véhicule à voilure fixe. Pour minimiser les besoins en énergie, l'équipe évalue donc plusieurs configurations à voilure fixe utilisant des hélices pour la propulsion, explique le directeur de programme Davis.

Mais Robert J. Englar, ingénieur de recherche principal à Georgia Tech, soutient que même avec une hélice, une aile conventionnelle ne générera pas suffisamment de portance pour maintenir un très petit véhicule lent en mouvement dans le flux d'air perturbateur qu'il rencontrera probablement. Georgia Tech a soumis une proposition qu'Englar refuse de discuter, mais Sam Blankenship, coordinateur du programme Microflyer de GTRI, a déclaré que les ingénieurs pourraient finalement devoir se tourner vers les ailes battantes des petits oiseaux et des insectes comme modèles pour un vol économe en énergie.

Un système de propulsion puissant peut compenser les lacunes des performances aérodynamiques, note Davis, mais des unités de propulsion plus puissantes sont susceptibles de peser plus lourd et les concepteurs souhaitent réserver du poids aux capteurs de collecte de données et aux systèmes de communication. L'équipe du Lincoln Lab a déterminé qu'à la petite échelle requise, les moteurs à réaction consommeraient trop de carburant, tandis que les sources d'énergie telles que les batteries pèseraient trop et fourniraient trop peu d'énergie. Les ingénieurs du Lincoln Lab ont identifié les moteurs à combustion interne et les piles à combustible comme les alternatives les plus prometteuses à court terme et espèrent créer des versions miniaturisées des moteurs à combustion interne d'ici un à deux ans.

En plus d'un système de propulsion robuste, le petit véhicule a besoin d'un système de contrôle de vol pour pouvoir maintenir son cap face aux turbulences de l'air ou aux rafales de vent soudaines. Parce que l'avion voyagera hors de la vue des troupes et peut rencontrer des conditions de vol changeant rapidement, un soldat ne peut pas piloter le véhicule comme un modèle réduit d'avion, explique Davis. Son équipe a déterminé que pour exécuter des manœuvres, le prototype pouvait s'appuyer sur des dispositifs à petite échelle - des capteurs qui mesurent la vitesse, l'accélération et la pression atmosphérique de l'avion, et des actionneurs électriques qui déplacent les surfaces aérodynamiques de l'avion.

Davis souligne que des techniques de microfabrication sophistiquées permettent de fabriquer à très petite échelle des capteurs et des actionneurs à faible consommation d'énergie. À mesure que le développement des microplans mûrit, les concepteurs s'attendent à remplacer ces minuscules dispositifs, qui utilisent des pièces mobiles et doivent être montés séparément, par des systèmes micro-électromécaniques - des systèmes de haute précision qui ressemblent à des puces informatiques et sont produits à l'aide de méthodes similaires à la fabrication de microcircuits. Ceux-ci pourraient être intégrés dans l'aile d'un micro-avion, économisant ainsi un poids précieux et offrant un contrôle plus efficace.

Enfin, les chercheurs de Lincoln prévoient de développer un très petit système d'imagerie pour le véhicule et une station au sol portable - un ordinateur portable et une petite antenne parabolique de communication - pour transmettre des photos. Ils envisagent une caméra à lumière visible de deux grammes et d'un centimètre cube placée sous l'avion et obtenant des images d'un million de pixels suffisamment nettes pour identifier les véhicules et le personnel militaires à une altitude de 100 mètres. Le défi du développement du système d'imagerie n'est pas de concevoir ou de fabriquer des composants individuels mais de les intégrer sans dépasser les contraintes de masse et de puissance.

En effet, l'intégration de cet assortiment serré de reconnaissance, de propulsion, de contrôle de vol et d'autres sous-systèmes sera le dernier obstacle, note Vilajenik. Par exemple, les concepteurs peuvent devoir isoler un moteur à combustion interne vibrant et produisant de la chaleur d'un système d'imagerie sensible à ces perturbations, et empêcher les interférences électromagnétiques entre les moteurs électriques et l'antenne de communication.

Au fur et à mesure que les ingénieurs développent des moyens de regrouper davantage de fonctions dans des boîtiers plus petits au cours des dix ou deux prochaines années, ils s'attendent à ce que la capacité de charge utile, l'endurance et la portée augmentent. L'équipe du Lincoln Lab envisage des micro-véhicules aériens avancés qui effectuent des tâches aussi diverses que la détection de signatures chimiques d'armes non conventionnelles, le déploiement de capteurs fixes pour surveiller les zones non surveillées, et l'imagerie et l'enregistrement des sons de scènes à l'intérieur et autour des bâtiments.

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