Grâce à une méthode plus efficace de pollinisation artificielle, les agriculteurs pourraient à l’avenir cultiver des fruits et des légumes dans des entrepôts à plusieurs niveaux, augmentant ainsi les rendements tout en atténuant certains des impacts nocifs de l’agriculture sur l’environnement.

Pour concrétiser cette idée, les chercheurs du MIT développent des insectes robotisés qui pourraient un jour sortir en masse de ruches mécaniques pour réaliser rapidement une pollinisation précise. Cependant, même les meilleurs robots de la taille d’un insecte ne peuvent rivaliser avec les pollinisateurs naturels comme les abeilles en termes d’endurance, de vitesse et de maniabilité.

Inspirés par l’anatomie de ces pollinisateurs naturels, les chercheurs ont désormais revu leur conception pour produire de minuscules robots aériens bien plus agiles et durables que les versions précédentes.

Les nouveaux robots peuvent rester en vol stationnaire pendant environ 1 000 secondes, soit plus de 100 fois plus longtemps que ce qui avait été démontré précédemment. L’insecte robotique, qui pèse moins qu’un trombone, peut voler beaucoup plus vite que des robots similaires tout en effectuant des manœuvres acrobatiques comme des doubles saltos aériens.Le robot remanié est conçu pour améliorer la précision et l’agilité du vol tout en minimisant le stress mécanique sur les flexions de ses ailes artificielles, ce qui permet des manœuvres plus rapides, une endurance accrue et une durée de vie plus longue.

« La durée de vol démontrée dans cet article est probablement supérieure à la durée de vol totale que notre domaine a pu accumuler avec ces insectes robotiques. Grâce à la durée de vie et à la précision améliorées de ce robot, nous nous rapprochons de certaines applications très intéressantes, comme la pollinisation assistée », déclare Kevin Chen, professeur associé au Département de génie électrique et d’informatique (EECS), directeur du laboratoire de robotique souple et micro au sein du laboratoire de recherche en électronique (RLE), et auteur principal d’un article en libre accès sur la nouvelle conception.

Chen est rejoint dans l’article par les co-auteurs principaux Suhan Kim et Yi-Hsuan Hsiao, qui sont des étudiants diplômés de l’EECS, ainsi que par Zhijian Ren, étudiant diplômé de l’EECS, et Jiashu Huang, étudiant invité d’été. La recherche est publiée aujourd’hui dans Science Robotics .

Améliorer les performances

Les versions précédentes de l’insecte robotique étaient composées de quatre unités identiques, chacune dotée de deux ailes, combinées en un dispositif rectangulaire de la taille d’une microcassette.

« Mais aucun insecte n’a huit ailes. Dans notre ancienne conception, les performances de chaque unité individuelle étaient toujours meilleures que celles du robot assemblé », explique Chen.

Cette baisse de performances était en partie due à la disposition des ailes, qui soufflaient de l’air les unes dans les autres lors du battement, réduisant ainsi les forces de portance qu’elles pouvaient générer.

La nouvelle conception divise le robot en deux. Chacune des quatre unités identiques possède désormais une aile battante pointée à l’opposé du centre du robot, ce qui stabilise les ailes et augmente leur force de portance. Avec deux fois moins d’ailes, cette conception libère également de l’espace pour que le robot puisse transporter des composants électroniques.

L’insecte robotique, pesant moins qu’un trombone, peut voler beaucoup plus vite que des robots similaires tout en effectuant des manœuvres acrobatiques comme des sauts périlleux aériens.

Les chercheurs ont également créé des transmissions plus complexes reliant les ailes aux actionneurs, ou muscles artificiels, qui les font battre. Ces transmissions durables, qui ont nécessité la conception de charnières d’ailes plus longues, réduisent la contrainte mécanique qui limitait l’endurance des versions précédentes.

« Par rapport à l’ancien robot, nous pouvons désormais générer un couple de contrôle trois fois plus important qu’auparavant, ce qui nous permet d’effectuer des vols de recherche de trajectoire très sophistiqués et très précis », explique Chen.

Malgré ces innovations, il existe encore un fossé entre les meilleurs insectes robotisés et les vrais. Par exemple, une abeille n’a que deux ailes, mais elle peut effectuer des mouvements rapides et très contrôlés.

« Les ailes des abeilles sont contrôlées avec précision par un ensemble de muscles très sophistiqués. Ce niveau de réglage précis nous intrigue vraiment, mais nous n’avons pas encore réussi à le reproduire », explique-t-il.

Moins de tension, plus de force

Le mouvement des ailes du robot est assuré par des muscles artificiels. Ces minuscules actionneurs souples sont constitués de couches d’élastomère prises en sandwich entre deux électrodes en nanotubes de carbone très fines, puis enroulées pour former un cylindre souple. Les actionneurs se compriment et s’allongent rapidement, générant une force mécanique qui fait battre les ailes.

Dans les conceptions précédentes, lorsque les mouvements de l’actionneur atteignent les fréquences extrêmement élevées nécessaires au vol, les dispositifs commencent souvent à se déformer. Cela réduit la puissance et l’efficacité du robot. Les nouvelles transmissions inhibent ce mouvement de flexion-déformation, ce qui réduit la tension exercée sur les muscles artificiels et leur permet d’appliquer plus de force pour battre les ailes.

Une autre nouvelle conception implique une charnière à aile longue qui réduit les contraintes de torsion subies pendant le mouvement de battement de l’aile. La fabrication de la charnière, qui mesure environ 2 centimètres de long mais seulement 200 microns de diamètre, a été l’un des plus grands défis.

« Si vous rencontrez le moindre problème d’alignement pendant le processus de fabrication, la charnière de l’aile sera inclinée au lieu d’être rectangulaire, ce qui affecte la cinématique de l’aile », explique Chen.

Après de nombreuses tentatives, les chercheurs ont perfectionné un processus de découpe laser en plusieurs étapes qui leur a permis de fabriquer avec précision chaque charnière d’aile.

Avec les quatre unités en place, le nouvel insecte robotique peut planer pendant plus de 1 000 secondes, ce qui équivaut à près de 17 minutes, sans montrer aucune dégradation de la précision de vol.

« Lorsque mon élève Nemo a effectué ce vol, il a déclaré que c’était les 1 000 secondes les plus lentes de toute sa vie. L’expérience était extrêmement éprouvante », raconte Chen.

Le nouveau robot atteint également une vitesse moyenne de 35 centimètres par seconde, la vitesse de vol la plus rapide selon les chercheurs, tout en effectuant des tonneaux et des doubles saltos. Il peut même suivre avec précision une trajectoire qui correspond au MIT.

« En fin de compte, nous avons démontré un vol 100 fois plus long que ce que quiconque dans le domaine a été capable de faire, c’est donc un résultat extrêmement enthousiasmant », dit-il.

À partir de là, Chen et ses étudiants veulent voir jusqu’où ils peuvent pousser cette nouvelle conception, avec l’objectif de réaliser un vol de plus de 10 000 secondes.

Les chercheurs souhaitent également améliorer la précision des robots afin qu’ils puissent atterrir et décoller depuis le centre d’une fleur. À long terme, ils espèrent installer de minuscules batteries et des capteurs sur les robots aériens afin qu’ils puissent voler et naviguer en dehors du laboratoire.

« Cette nouvelle plateforme robotique est un résultat majeur de notre groupe et ouvre de nombreuses perspectives intéressantes. Par exemple, l’intégration de capteurs, de batteries et de capacités informatiques sur ce robot sera une priorité dans les trois à cinq prochaines années », déclare Chen.

https://news.mit.edu/2025/fast-agile-robotic-insect-could-someday-aid-mechanical-pollination-0115