Regardez ce quadricoptère robotique voler agressivement à travers des espaces étroits

Les micro-véhicules aériens pourraient un jour apporter une contribution significative aux opérations de recherche et de sauvetage après des catastrophes telles que des tremblements de terre ou des tsunamis. Il est facile d'imaginer des quadricoptères évaluant des bâtiments, entrant à travers des murs fissurés et volant à travers des espaces effondrés pour trouver des personnes piégées.

Mais si ces véhicules doivent un jour gérer cette tâche, ils devront naviguer de manière autonome à travers des espaces étroits à grande vitesse et à une grande variété d'accélérations angulaires, se tordant et tournant pendant qu'ils volent pour se faufiler dans l'espace disponible.

C'est plus facile à dire qu'à faire. En effet, aucun drone n'a été capable de faire cela sans une puissance de traitement externe importante pour l'aider (voir Daredevil Drone Files through the Trees Like an Ace).

Aujourd'hui, cela change grâce au travail de Davide Falanga et de ses amis de l'Université de Zurich en Suisse. Ces gars-là ont développé un drone autonome qui peut voler rapidement à travers des espaces étroits en utilisant un peu plus que les données d'une caméra orientée vers l'avant et un traitement intelligent à bord.

L'équipe a créé un rectangle marqué d'un bord noir épais pour s'assurer que le drone puisse le voir. Ils suspendent ensuite ce rectangle au milieu d'une pièce et ordonnent au drone de le traverser de sa propre vapeur.

Le drone est équipé d'une caméra fisheye orientée vers l'avant, qu'il utilise pour détecter l'écart. Pour simplifier la tâche, le drone connaît la taille du rectangle et n'a qu'à calculer la trajectoire requise.

C'est toujours une tâche difficile. Le processeur embarqué effectue le calcul de trajectoire en deux temps. Il calcule d'abord comment le drone doit voler à travers l'espace et la torsion, le lacet ou le roulis particulier qu'il doit effectuer pour traverser l'espace. Il le fait en maximisant la distance du drone par rapport aux bords du rectangle pour éviter une collision.

Après avoir décidé de cette trajectoire de traverse, le processeur embarqué calcule alors une approche qui amène le drone au point où il peut initier la trajectoire de traverse.

La trajectoire d'approche a quelques contraintes supplémentaires. Par exemple, cette trajectoire doit maintenir le rectangle dans le champ de vision de la caméra à tout moment. Le drone a besoin de voir l'espace pour pouvoir déterminer son emplacement.

Et le processeur doit continuellement recalculer la trajectoire tout en s'assurant que tous les ajustements requis sont dans les capacités aérodynamiques du drone. Le processeur est capable de concevoir et de tester 40 000 trajectoires par seconde.

Une raison pour laquelle la trajectoire doit être traitée en deux parties est que le drone ne peut pas voir le rectangle pendant la traversée. Il doit donc effectuer cette manœuvre à l'aveugle, chose qui est possible car cette partie du vol est si courte. La trajectoire est générée de manière à minimiser le risque de collision et, en raison de sa courte durée, ne nécessite aucun retour visuel, qui n'est pas disponible pendant la traversée, disent Falanga et co.

Après avoir traversé la brèche, le quadcopter doit reprendre son attitude et planer. Pour cela, il est équipé d'un capteur de distance et d'une caméra orientée vers le bas qu'il utilise uniquement pour cette tâche.

L'équipe a testé cette approche en utilisant un quadrirotor de dimensions 55 sur 12 centimètres et pesant 830 grammes. Le quadricoptère est adapté pour que les moteurs soient inclinés de 15 degrés. Cela fournit trois fois plus de contrôle de lacet mais ne perd que 3% de la poussée collective.

L'espace rectangulaire mesurait 80 sur 28 centimètres et l'équipe a effectué 35 missions à travers lui à des vitesses allant jusqu'à trois mètres par seconde, nécessitant un angle de roulis allant jusqu'à 45 degrés et un angle de tangage jusqu'à 30 degrés.

Les résultats font une lecture impressionnante et peuvent être vus ici . L'équipe considère qu'un vol est réussi si le quadricoptère traverse l'espace sans collision et se met ensuite en vol stationnaire. Nous avons atteint un taux de réussite remarquable de 80 %, disent-ils. À notre connaissance, il s'agit du premier travail qui traite et signale avec succès le vol agressif à travers des espaces étroits.

Réf : arxiv.org/abs/1612.00291 : Vol agressif à quatre rotors à travers des espaces étroits avec détection et calcul embarqués

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