Un petit insecte robotique à quatre ailes vole plus comme la vraie chose

De nombreux insectes sont des insectes puissants et agiles. L'une des raisons est que la plupart ont quatre ailes, ce qui leur donne un contrôle précis sur leur direction de vol et leur orientation grâce au réglage du tangage, du roulis et du lacet.

Ces dernières années, des aérodynamiciens, des ingénieurs et des roboticiens ont tenté de copier le vol d'un insecte en construisant de minuscules robots volants. La principale chose qu'ils ont découverte, c'est à quel point c'est difficile.

Un robot à quatre ailes (à droite) à côté d'un dessin à deux ailes et d'un sou américain

L'une des plus petites machines volantes jamais construites s'appelait RoboBee ; il était propulsé par deux ailes battantes, chacune alimentée indépendamment par son propre petit actionneur. En effet, RoboBee n'a été possible que grâce au développement de ces minuscules actionneurs, chacun ne pesant que 25 milligrammes.

Mais il y avait un problème. En théorie, les deux ailes battantes de RoboBee auraient dû être capables de générer toutes les forces nécessaires à un vol contrôlé. En pratique, cependant, la machine était incapable de générer des forces suffisamment puissantes pour contrôler le lacet, de sorte qu'elle s'agitait souvent de manière incontrôlable.

Une meilleure conception aurait été un véhicule à l'échelle d'un insecte qui avait quatre ailes battantes, tout comme de vrais insectes. Mais cela n'aurait été possible que si les actionneurs étaient nettement plus légers.

Entrez Xiufeng Yang et ses amis de l'Université de Californie du Sud à Los Angeles. Ces gars-là ont développé des actionneurs qui pèsent la moitié du poids des versions précédentes. Ils en ont utilisé quatre pour construire un robot à quatre ailes battantes, chacune d'une envergure de seulement 33 millimètres. Le résultat est une machine volante ressemblant à un insecte appelée Bee+. Il est capable de se percher, d'atterrir, de suivre un chemin et d'éviter les obstacles.

La percée est basée sur une pièce d'ingénierie intelligente. Les actionneurs du RoboBee 2013 étaient d'un type appelé bimorphes. Ce sont des porte-à-faux constitués de deux couches de matériau piézoélectrique séparées par une couche passive. Les couches piézoélectriques se contractent alternativement, forçant le porte-à-faux à se plier d'avant en arrière. Ce mouvement entraîne le battement d'une aile.

Ces actionneurs sont simples, petits et légers, ce qui les rend parfaits pour le vol d'insectes. Les deux actionneurs bimorphes du RoboBee ne pèsent que 50 milligrammes, une fraction importante de la masse totale de l'appareil de 75 milligrammes.

Mais Yang et co ont trouvé un moyen de les rendre encore plus légers en utilisant une conception d'actionneur appelée unimorph. Au lieu de deux couches de matériau piézoélectrique, un unimorph utilise une seule bande attachée à une couche passive. La contraction répétée de la couche piézoélectrique provoque la flexion du porte-à-faux. Et le mouvement de la pointe du porte-à-faux entraîne le battement d'une aile.

Cette conception monocouche rend les actionneurs nettement plus légers. En effet, les quatre actionneurs unimorphes ne pèsent que 56 milligrammes, à peine quelques grammes de plus que deux bimorphes. De plus, les actionneurs unimorphes simplifient le processus d'assemblage. La nouvelle conception réduit considérablement la complexité du processus de fabrication et la fréquence statistique des erreurs d'assemblage par rapport à celle des robots à deux ailes, disent Yang et co

Et comme le poids total du véhicule est de 95 milligrammes avec quatre ailes, la charge alaire est nettement inférieure à celle du RoboBee. Cela réduit les forces agissant sur les actionneurs et augmente leur durée de vie. L'approche proposée présente de nombreux avantages en termes de poids, de dimensions, d'aérodynamisme, de contrôle et de fabrication, explique l'équipe.

L'un des défauts de Bee+ (et d'autres dépliants ressemblant à des insectes comme RoboBee) est qu'il doit être alimenté via une attache. Cela permet à Yang and co de démontrer sa capacité de vol sans se soucier du défi distinct du stockage de l'énergie. D'autres ont fait la démonstration d'insectes robotiques alimentés par des faisceaux laser. Mais la puissance embarquée reste un défi considérable.

Vous pouvez regarder Bee + à l'épreuve ici .

C'est un travail intéressant qui montre comment les progrès des robots ressemblant à des insectes dépendent de manière cruciale des progrès de l'ingénierie.

En effet, plus d'avancées sont désespérément nécessaires. Bee + peut être inspiré par les insectes, mais à 95 milligrammes, c'est un monstre par rapport aux vraies créatures. Un bourdon, par exemple, pèse environ 10 milligrammes et est auto-alimenté pour démarrer.

Les ingénieurs devront donc réduire la taille et le poids de leurs machines d'au moins un ordre de grandeur, et cela avant d'envisager le problème du stockage de l'énergie, qui est encore plus insoluble. Pour cette raison, il faudra peut-être un certain temps avant de voir des robots dotés de capacités véritablement semblables à des insectes.

Réf : arxiv.org/abs/1905.02253 : Bee+ : Un robot volant à quatre ailes à l'échelle d'un insecte de 95 mg piloté par des actionneurs unimorphes jumelés

cacher