Les faucons pèlerins inspirent une nouvelle stratégie de vol thermique pour les drones

Les thermiques sont des régions chaudes de l'atmosphère qui se déplacent vers le haut plus rapidement que le taux de descente d'un planeur ou d'un oiseau. Par conséquent, les pilotes et les oiseaux qui peuvent trouver et exploiter les thermiques peuvent rester en vol plus longtemps, tout en utilisant moins de carburant.

Il n'est donc pas surprenant que les concepteurs de véhicules aériens sans pilote (UAV) soient désireux de trouver des stratégies pour trouver et exploiter les thermiques.

Les pilotes de planeur disposent déjà d'un ensemble de règles simples développées par le pilote de planeur longue distance Helmut Reichmann (décédé dans une collision en vol en 1992). Les pilotes appliquent ces règles dites de Reichmann lorsqu'ils montent en spirale à cause d'un thermique. Les règles sont les suivantes :
1. Si la montée s'améliore, élargissez la spirale en diminuant l'angle d'inclinaison.
2. Si la montée se détériore, resserrer la spirale en augmentant l'angle d'inclinaison.
3. Et si la montée reste constante, gardez l'angle d'inclinaison constant.

Cela fonctionne assez bien mais présente des limites importantes, en particulier lorsqu'il y a du bruit thermique (c'est-à-dire des turbulences) dans l'atmosphère. La turbulence peut tromper les voyageurs en leur faisant croire qu'ils sont dans un thermique alors qu'en fait ils ne le sont pas ; et vice versa, les faisant croire qu'ils ne sont pas dans un thermique alors qu'ils le sont.

Bien sûr, il existe diverses autres stratégies. Plus récemment, les chercheurs ont commencé à utiliser les données GPS pour enregistrer leurs trajectoires de vol et mesurer le taux de montée pour divers angles d'inclinaison. Ils peuvent ensuite utiliser ces informations pour estimer le centre de n'importe quelle thermique et ainsi mieux l'exploiter.

Le problème avec cette approche est qu'elle est coûteuse en temps de calcul et gourmande en énergie. Et c'est un facteur crucial pour les drones qui ont une puissance à bord limitée.

Aujourd'hui, Zsuzsa Ákos de l'université Eötvös en Hongrie et quelques amis suggèrent une autre approche inspirée des vidéos et du suivi GPS de faucons pèlerins en vol. Il s'avère que ces maîtres du vol thermique emploient une stratégie contre-intuitive : au lieu de spiraler dans une direction pour rester avec un seul thermique, ils changent constamment la direction de leurs spirales.

À première vue, cela semble étrange. Changez la direction de votre spirale et vous vous envolez immédiatement hors d'un thermique. Mais Ákos et co ont simulé cette stratégie et disent qu'il y a une méthode dans cette folie.

La clé est de reconnaître que l'atmosphère est remplie de thermiques qui sont distribués dans l'espace 3D de manières complexes. Selon leur simulation, la raison pour laquelle le changement de direction fonctionne si bien est qu'il permet au pilote d'échantillonner plus efficacement le volume de l'atmosphère, ce qui augmente ses chances de trouver un meilleur thermique. Surtout, cela fonctionne particulièrement bien en présence de turbulences.

La nouvelle stratégie est informatiquement simple et nécessite donc peu de puissance à mettre en œuvre. L'idée est donc que les drones pourraient voler plus longtemps, en utilisant moins d'énergie, s'ils copiaient le comportement de vol du faucon.

C'est un travail en cours, cependant. À quel point le changement de direction est-il meilleur, disons, les règles de Reichmann ne sont pas encore claires. Ákos et co disent que leurs simulations indiquent que le changement de direction est supérieur lorsque les thermiques ont un rayon de 100 à 200 mètres. Mais ils disent que les règles de Reichmann semblent être meilleures pour les thermiques plus importants, où les turbulences sont plus faciles à détecter.

De toute évidence, davantage de travail est nécessaire, notamment dans l'étude de la façon dont les oiseaux résolvent ce problème. La nature a eu un peu plus de temps que les ingénieurs de drones pour travailler sur ce problème. Et bien que les informaticiens aient commencé à utiliser une approche algorithmique évolutive pour cette tâche, il y a clairement beaucoup plus à apprendre.

Réf : arxiv.org/abs/1012.0434 : Vol thermique en vol d'oiseaux et de drones

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