La robotique prend son envol grâce aux papillons

Des chercheurs de l’Université technique de Darmstadt et du Centre Helmholtz de Dresde-Rossendorf ont mis au point une technologie révolutionnaire : des ailes de robot flexibles qui se déplacent grâce à des champs magnétiques. Inspirées de l’efficacité et de l’adaptabilité des ailes du papillon monarque, elles permettent des mouvements précis sans électronique ni piles. Ce développement bio-inspiré pourrait fondamentalement changer la surveillance de l’environnement, les opérations de sauvetage et les applications biomédicales.

Les papillons monarques sont connus pour leur endurance et leur adaptabilité exceptionnelles. Chaque année, ils parcourent des milliers de kilomètres lors de leurs migrations entre le Canada et le Mexique. La clé de cet exploit réside dans leurs ailes uniques, qui permettent à ces insectes de voler de manière économe en énergie grâce à une combinaison de mouvements actifs et de flexions passives. Ces propriétés ont servi d'inspiration pour le développement des ailes robotisées à entraînement magnétique.

L'équipe, dirigée par le Professeur Oliver Gutfleisch (Institut des sciences des matériaux de la TU Darmstadt) et le Dr Denys Makarov (Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf) a construit des ailes à partir d'un plastique flexible dans lequel des particules magnétiques ont été incorporées. Des champs magnétiques externes provoquent le déplacement de ces particules, ce qui provoque la flexion des ailes et imite les mouvements du vol des papillons.

Conception et fonction bio-inspirées du papillon magnétique.

Le processus de développement a été un véritable défi : douze modèles d’ailes différents ont été initialement produits par impression 3D. Certains modèles comportaient des structures veineuses calquées sur les veines naturelles des ailes des papillons monarques. L’objectif était d’utiliser une combinaison d’analyses par éléments finis et d’expériences pour découvrir comment ces motifs affectent la manœuvrabilité et l’efficacité des ailes.

Les résultats de ces recherches ont été publiés dans la revue « Advanced Intelligent Systems » . Ils montrent que les ailes plus grandes dotées de structures veineuses sont particulièrement adaptables, résistantes et plus faciles à plier. « Le plus grand défi était d’imprimer des structures ultra-minces et flexibles qui soient également suffisamment robustes pour supporter les charges », explique Kilian Schäfer, l’un des principaux auteurs de l’étude.

Différents domaines d'application

Les applications potentielles des ailes magnétiques sont nombreuses. Dans le secteur environnemental, par exemple, les robots « ailés » pourraient être utilisés pour surveiller les populations de pollinisateurs ou pour des études sur la qualité de l’air. Grâce à leur taille réduite et à leur faible consommation d’énergie, ces robots seraient idéaux pour se rendre dans des zones sinistrées, par exemple, où ils pourraient être utilisés pour rechercher et sauver des personnes.

L’étude s’est concentrée sur le développement d’ailes magnétiques flexibles fonctionnant sans composants électroniques. Mais cette nouvelle approche peut également être appliquée à d’autres robots capables de changer de forme. La technologie nouvellement développée ouvre par exemple des possibilités pour la médecine : des robots légers aux mouvements contrôlables avec précision pourraient être utilisés dans la chirurgie mini-invasive, par exemple pour des opérations sur des tissus sensibles. En outre, les principes de la robotique bio-inspirée pourraient être utilisés dans le développement de muscles artificiels ou de matériaux intelligents capables de changer de forme selon les besoins.

Des recherches supplémentaires sont nécessaires avant que la nouvelle technologie puisse être utilisée. « Les ailes actuelles nécessitent toujours des champs magnétiques externes, mais les développements futurs pourraient intégrer des générateurs de champ magnétique miniaturisés pour permettre des mouvements autonomes », explique Muhammad Bilal Khan, également auteur principal de l’étude. L’équipe souhaite étudier comment les modifications du champ magnétique permettent un contrôle complexe des mouvements et des itinéraires de vol.

Les champs magnétiques externes provoquent le déplacement des particules magnétiques intégrées dans les ailes. Cela provoque la flexion des ailes, imitant les mouvements du vol d'un papillon.

https://www.tu-darmstadt.de/universitaet/aktuelles_meldungen/einzelansicht_491392.en.jsp

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aisy.202400620