Drone d'insecte avec appareil photo vole comme une abeille

Des ingénieurs de l’Université de technologie de Delft, aux Pays-Bas, ont créé des drones miniatures qui volent et volent comme des insectes. Lorsque vous regardez un de leurs drones, appelé DelFly, en action, celui-ci voltige sur une tache verte, frappant ses ailes transparentes si rapidement qu’il est difficile de dire combien il en a exactement. Il plane au-dessus de l'herbe, fait des va-et-vient, puis tire vers le haut pour faire un retournement impressionnant à 360 degrés, digne d'un spectacle de acrobaties aériennes.

Le drone vole comme une abeille et certains chercheurs espèrent que ces robots volants pourraient un jour reproduire l’important travail agricole accompli par les abeilles.

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DelFly Nimble détenu par son développeur principal, Matej Karasek. Image: TU Delft

Mais quand G.C.H.E. (Guido) de Croon a commencé à travailler sur ce qui allait devenir DelFly, il ne pensait pas à la construction d’un pollinisateur mécanique. Au lieu de cela, de Croon et son équipe du Micro Air Vehicles Laboratory à Delft souhaitaient créer un petit drone à ailes battantes capable de transporter une caméra.

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Le premier DelFly, construit en 2008 par 11 étudiants comme projet de synthèse, ressemblait à un insecte, mais à l’échelle des libellules géantes de l’ère carbonacée. Fabriqué à partir de matériaux ultra-légers – de fines feuilles de Mylar étirées sur un cadre en fibre de carbone -, il pesait 21 grammes (un peu moins d’une pile AA) et avait une envergure de 50 cm.

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DelFly Nimble en vol stationnaire (en vol stationnaire). Titre de l'image: Henri Werij, TU Delft.

Au fil du temps, à mesure que l'équipe de Delft en apprenait davantage, les drones se miniaturisent. DelFly II avait à peu près la moitié de l'envergure et pouvait survoler et voler en avant et en arrière, restant dans les airs pendant 15 minutes. DelFly Micro rétréci à 3 grammes et 10 cm d'envergure. Le Livre Guinness des Records l'a nommé "le plus petit avion équipé de caméras au monde".

C’est encore énorme comme les abeilles vont. Une abeille ouvrière pèse environ 130 milligrammes et a une envergure de moins de 1 cm.

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Lorsque les drones ont perdu de la masse, ils ont ajouté des capacités. Le DelFly Explorer 2013 a acquis une navigation autonome grâce à une caméra stéréovision et à du matériel de traitement de la détection d'obstacles, ce qui n'est pas une mince affaire pour un système ne pouvant peser que quelques grammes. Les voitures autonomes réalisent des cartes 3D complètes de leur environnement pour alimenter leurs algorithmes de détection d'obstacles, mais cela nécessite des capteurs, des processeurs et de la mémoire, même la plus légère qui serait trop lourde pour un robot gossamer à soulever.

L'équipe a donc construit différents algorithmes de vision inspirés de la chasse aux libellules. "Si vous demandez à un biologiste comment les libellules attrapent les mouches, l'hypothèse actuelle est qu'elles la maintiennent dans la même position tout en la rendant de plus en plus grande", a déclaré de Croon. «Vous pouvez donc compliquer les choses et calculer la vitesse et la direction de la mouche ou utiliser le même type d’intelligence simple qu’elles utilisent. C’est ce que nous avons fait: nous l’avons soit programmé dans le robot, soit essayé de le faire apprendre par lui-même. »

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Les drones ont appris à éviter les collisions, mais ils n’étaient pas très stables en vol. Même lorsqu'ils volaient dans une pièce, le tirage d'air d'un climatiseur pouvait les lancer. Ils avaient besoin de plus d'agilité pour se remettre de telles rafales. L’équipe a réalisé qu’elle devait abandonner certains des concepts traditionnels des machines volantes et observer de nouveau le fonctionnement des insectes.

Le résultat était le DelFly Nimble. Contrairement à ses prédécesseurs, dont le vol est contrôlé de la même manière que les avions classiques via des déviations de surfaces spécifiques sur la queue ou derrière les ailes, DelFly Nimble ne possède ni l’un ni l’autre. Au lieu de cela, il est contrôlé par des ajustements de mouvement inspirés par les insectes de ses deux paires d'ailes battantes.

L’absence de la queue rend DelFly Nimble très agile et moins vulnérable au vent. Cela lui permet de lancer aussi rapidement qu'une mouche qui échappe à une tapette, puis de se redresser et de retrouver son cap initial.

«Si vous essayez d'écraser une mouche, il effectuera un virage extrêmement précis, à la manière d'un avion de chasse, puis se retournera rapidement dans la direction du vol», a expliqué de Croon. Ce qui est vraiment intéressant, a-t-il ajouté, est que la mouche ne le fait pas consciemment. Il le fait «passivement», en s’appuyant essentiellement sur les forces aérodynamiques propres à ses ailes battantes.

Encore plus surprenant, le robot le fait aussi, même s’il n’a pas été programmé pour le faire.

"Le robot corrige également l'erreur de direction du vol, mais nous savons avec certitude que nous n'avons pas ajouté cela dans le code de contrôle", a déclaré de Croon. "C'est un nouvel effet et nous pensons qu'il s'applique à toutes les ailes qui battent des ailes."

Les ingénieurs de Delft envisagent diverses applications pratiques. Par exemple, une fois perfectionnés, les robots pourraient se déplacer dans les serres et détecter les maladies des plantes avec leurs caméras.

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Les robots pourraient également être équipés d’appareils pour effectuer une tâche encore plus vitale et semblable à celle des insectes: la pollinisation des cultures. Cela ressemble à quelque chose hors de la Miroir noir séries télévisées, mais l’idée de construire des pollinisateurs robotiques est antérieure à cela. Une peste mystérieuse appelée trouble d'effondrement des colonies a décimé des ruches entières dans le monde entier au cours des 20 dernières années. Les scientifiques ont réfléchi à de nombreuses causes possibles du sort des abeilles, notamment les pesticides, la perte d’habitat, une mauvaise alimentation en raison de la diversité des cultures, des parasites appelés acariens Varroa destructor et d’autres parasites – ou une combinaison de ces facteurs.

Peu importe la cause, la science n’a fourni aucun remède clair aux petites créatures qui ont aidé nos cultures à porter leurs récoltes pendant des millénaires. En Amérique, les abeilles pollinisent environ 80% des plantes à fleurs et environ 75% des noix, des fruits et des légumes que mangent les humains, selon le département américain de l’agriculture. D'autres pays dépendent également d'abeilles en bonne santé pour contribuer à la production alimentaire.

Alors que les scientifiques s'empressent de déterminer la cause du désordre d'effondrement des colonies et de rechercher un traitement curatif, les ingénieurs se sont demandé si nous pourrions un jour compléter les vraies abeilles par des abeilles mécaniques. Amener DelFy dans les serres prendra plus de temps et de travail. La pollinisation commerciale nécessitera également de nombreux robots fonctionnant de manière organisée, ce qu'aucun groupe n'a encore mis au point. Lina Zeldovich est rédactrice indépendante à Woodside, N.Y.

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Vous pouvez compliquer les choses et calculer la vitesse et la direction de la mouche ou utiliser le même type d’intelligence simple qu’elles utilisent. G.C.H.E. (Guido) de Croon, Université de technologie de Delft

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