Drone anti-crash inspiré de la tête du pivert

Bien qu'ils se cognent quotidiennement la tête contre les arbres, les piverts ne subissent pas de lésions cérébrales. Inspirés par ces oiseaux à la tête dure, des scientifiques ont développé un drone à voilure fixe capable de résister aux collisions frontales.

Les drones à voilure fixe sont à la fois plus rapides et plus économes en énergie que leurs homologues multirotors, mais lorsqu'ils percutent un objet immobile comme un arbre, ils le percutent violemment, causant souvent des dommages irréparables à l'appareil. Si les multirotors peuvent être équipés de cages de protection, la conception des drones à voilure fixe rend leur mise en œuvre difficile.

Il faut plutôt trouver une méthode permettant aux drones d'absorber l'énergie d'impact de manière non destructive, dans leur forme actuelle. C'est là qu'intervient le drone SWIFT – autrement dit le robot volant – de l'EPFL Suisse.

Son nom, acronyme de « Shockproof Woodpecker-Inspired Flying Tensegrity », intègre effectivement une variante des structures appelées tenségrités. Celles-ci sont généralement définies comme des structures auto-stabilisantes constituées d'éléments rigides (ou semi-rigides dans ce cas) maintenus en place par des câbles tendus.

Un crâne de pivert, avec l'os hyoïde visible dépassant du bec et s'enroulant autour de l'arrière du crâne. Skye McDavid/CC 4.0

Le crâne d'un pivert est composé d'un bec rigide ; d'un os hyoïde flexible qui relie le bec à l'os crânien principal contenant le cerveau en l'enveloppant ; et d'une couche d'os spongieux située entre l'os hyoïde et le crâne. Cette disposition, combinée à l'espace libre relativement important entourant le cerveau à l'intérieur du crâne, détourne l'énergie de l'impact.

Dans le drone SWIFT, des tiges rigides en fibre de carbone remplacent le bec, tandis que des bandes courbées en fibre de carbone remplacent l'os hyoïde. L'os spongieux est remplacé par des câbles élastiques, et le crâne principal est substitué par des plaques en fibre de carbone reliées à des tubes de carbone par des supports en plastique polylactique.

Au lieu d'un cerveau, on trouve les composants électroniques, le moteur et l'hélice propulsive. Ceux-ci sont suspendus par des câbles en caoutchouc à l'intérieur du « crâne », avec suffisamment d'espace pour se déplacer jusqu'à 22 cm lors de l'impact.

Vue du nez vers le haut du drone SWIFT, qui mesure 980 mm de longueur, a une envergure de 1500 mm et pèse 710 g. EPFL

De plus, la technologie d'atténuation des collisions inspirée du pic-vert et basée sur la tensegrité s'étend aux ailes de l'avion.

Chez les piverts et autres oiseaux, un réseau de tissus conjonctifs mous précontraints au niveau des articulations de l'épaule aide les os de ces articulations à résister à la force de compression des collisions des ailes avec des arbres ou d'autres obstacles. Dans le drone SWIFT, ce système est reproduit par un réseau de 12 câbles élastiques et de tiges en fibre de carbone reliant chaque aile au fuselage principal.

Ce dispositif absorbe non seulement l'énergie d'impact qui pourrait arracher les ailes du drone, mais aussi celle qui pourrait endommager le « cerveau » de l'appareil, le protégeant ainsi . Ensemble, les deux systèmes de tenségrité du drone SWIFT sont censés réduire la force d'impact jusqu'à 70 % par rapport à un drone commercial de taille et de masse similaires.

Un article sur la recherche, dirigée par Omar Aloui et ses collègues, a récemment été publié dans la revue Advanced Robotics Research .

https://infoscience.epfl.ch/server/api/core/bitstreams/1845fc12-c82a-42c5-a034-b8af495233cb/content