La structure des ailes de la sauterelle inspire la conception des ailes des robots planeurs.

Les caractéristiques structurelles de l'aile postérieure d'une sauterelle ont inspiré la conception d'un petit planeur. Les recherches portent sur la conception de robots planeurs économes en énergie. Photo : Université de Princeton/Sameer A. Khan/Fotobuddy

Une collaboration entre des ingénieurs de l'Université de Princeton et des entomologistes de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign a débuté par une chasse aux sauterelles sur un parking surchauffé. Leurs recherches, qui portent désormais sur les ailes postérieures d'une espèce de sauterelle, Schistocerca americana (la sauterelle américaine), ouvrent la voie à une nouvelle approche du vol plané sans attache.

L'étude des ailes postérieures des sauterelles a inspiré la conception de petits planeurs. Photo : Université de Princeton/Sameer A. Khan/Fotobuddy 

Aimy Wissa , chercheuse principale de l'étude et professeure de génie mécanique et aérospatial à Princeton, a fait équipe avec Marianne Alleyne, professeure d'entomologie à l'Université de l'Illinois , dont le laboratoire utilise les insectes comme organismes modèles pour découvrir des attributs qui peuvent être avantageux dans les applications d'ingénierie.

Les chercheurs étaient fascinés par la capacité des sauterelles à planer sur de longues distances en utilisant très peu d'énergie, a déclaré Alleyne.

« Les sauterelles ont deux paires d'ailes », expliqua-t-elle. « Les ailes antérieures sont très coriaces et servent principalement à protéger les ailes postérieures, qui peuvent se replier. Ce sont les ailes postérieures membraneuses qui sont grandes et qui peuvent battre et faciliter le vol plané. »

« Le vol plané est un mode de vol économique », a déclaré Wissa. « Lorsque nous voulons générer de la poussée, nous battons des ailes. Lorsque nous voulons économiser de l'énergie, nous déployons complètement les ailes et planons. »

Les chercheurs ont observé que les sauterelles déployaient leurs ailes pour planer, mais que celles-ci n'étaient pas plates une fois déployées ; elles étaient ondulées.

« En tant qu'entomologiste, je m'intéressais surtout aux avantages que pouvaient présenter ces ondulations », précise Alleyne. « Je me demandais si elles constituaient un désavantage ou s'il s'agissait d'une caractéristique neutre apparue pour leur permettre de replier leurs ailes. Elles pouvaient aussi être bénéfiques. Nous n'en savions rien. »

Les ingénieurs et les biologistes ont collaboré pour percer le secret du vol plané efficace des criquets. Ils ont réalisé des tomographies des ailes des criquets. Cette technique utilise les rayons X et l'informatique pour capturer la géométrie détaillée d'un objet. Les enseignements tirés de leurs analyses leur ont permis d'imprimer en 3D des modèles d'ailes et de tester si la rugosité, la forme ou la courbure des surfaces alaires contribuaient à un vol plané efficace.

L'équipe de Princeton a évalué les performances aérodynamiques de ses planeurs à la fois dans une chambre à eau et en les lançant à travers le laboratoire de robotique de Princeton.

Des chercheurs de l'université de Princeton ont testé les qualités aérodynamiques de différents planeurs, chacun doté d'ailes imitant des caractéristiques uniques de l'aile postérieure de la sauterelle. Photo : Université de Princeton/Sameer A. Khan/Fotobuddy 

Bien que les ondulations des ailes contribuent à la portance, les planeurs les plus performants étaient lisses, et non ondulés, a constaté l'équipe. Les recherches futures porteront sur la manière d'intégrer ces ondulations afin de permettre le repliage des ailes tout en optimisant l'efficacité du vol plané, ont indiqué les chercheurs.

« En tant qu'entomologiste, je souhaite désormais utiliser les différents prototypes et la plateforme de lancement développés par les ingénieurs pour approfondir l'étude de la morphologie des ailes d'insectes », assure Alleyne. « Si mon laboratoire collabore fréquemment avec des ingénieurs pour réaliser des projets d'ingénierie bio-inspirés, cette collaboration peut également s'effectuer dans l'autre sens : nous utilisons alors des modèles d'ingénierie et des outils expérimentaux pour répondre à des questions biologiques fondamentales. »

https://news.illinois.edu/grasshopper-wing-structure-inspires-design-of-gliding-robot-wings/