Le système de drone « FlyingToolbox » permet un échange précis d'outils en vol malgré les interférences du flux d'air

Les robots manipulateurs volants se sont révélés utiles dans de nombreuses applications, telles que la maintenance industrielle ou la construction. Leur utilité dans les zones difficiles d'accès ou dangereuses les rend particulièrement prometteurs pour les applications mettant en danger les humains. Malgré des améliorations constantes au fil des ans, ces machines présentent encore des lacunes dans certains domaines.

Par le passé, l'une des difficultés rencontrées par les drones résidait dans leur capacité à s'empiler les uns sur les autres et à coopérer en vol. Cette capacité est utile pour échanger des outils, à la manière dont une infirmière transmet différents outils à un médecin pendant une intervention, permettant ainsi au médecin (ou au drone manipulateur) de travailler sans interruption.

La difficulté réside dans ce que l'on appelle le « souffle descendant », un fort mouvement d'air généré entre deux drones, qui perturbe leurs mouvements précis et leurs procédures d'amarrage. Cependant, une équipe de chercheurs de l'Université Westlake en Chine a conçu un nouveau système de micro-véhicules aériens (MAV) capables d'échanger des outils avec une précision impressionnante en vol. La conception et les tests expérimentaux du « FlyingToolbox » sont documentés dans leur nouvelle étude, publiée dans Nature .

La FlyingToolbox se compose d'un MAV contenant plusieurs outils et d'un bras robotisé manipulateur. Le système utilise la vision embarquée (suivi par code QR) pour un positionnement relatif précis, un estimateur basé sur un réseau neuronal pour prédire et compenser les perturbations dues au vent descendant en temps réel, et un mécanisme d'amarrage électro-aimant avec attaches élastiques pour la fixation des outils.

Manipulation aérienne coopérative multitâche : 1 MAV manipulateur + 1 MAV boîte à outils. Cette vidéo présente la procédure complète d'une tâche de manipulation coopérative, dans laquelle un MAV manipulateur effectue des manipulations en plusieurs étapes avec l'aide d'un VAM boîte à outils, de manière totalement autonome. Pour cette tâche, le MAV manipulateur a d'abord installé des ciseaux et coupé une corde avec. Il a ensuite lâché les ciseaux et utilisé une pince, qui a ensuite été utilisée pour saisir et déplacer un objet. Crédit : Nature (2025). DOI : 10.1038/s41586-025-09575-x

Lors de l'amarrage, les hélices du manipulateur MAV génèrent des perturbations descendantes persistantes et intenses sur le MAV de la boîte à outils situé en dessous. Par exemple, lorsque la distance verticale entre les deux MAV est de 0,6 m, la vitesse du flux descendant peut atteindre 13,18 m/s, exerçant une perturbation instable pouvant atteindre 24,9 N, soit 40,2 % du poids du MAV de la boîte à outils (6,32 kg). Pour contrer le flux d'air descendant, il est important d'estimer puis de compenser la force et le couple perturbateurs induits », expliquent les auteurs de l'étude.

Pour tester si le système serait capable de compenser la force du souffle descendant, l'équipe a effectué des tâches en plusieurs étapes et des expériences de changement d'outils avec des drones de boîte à outils stationnaires et mobiles, puis a effectué 20 essais d'amarrage consécutifs pour tester la précision et la répétabilité.

Non seulement les tâches en plusieurs étapes ont démontré avec succès la capacité du système à changer d'outil en vol, mais la FlyingToolbox a également atteint une précision d'arrimage inférieure au centimètre, soit 0,80 ± 0,33 cm, même en présence d'un fort courant descendant pouvant atteindre 13,18 m/s. L'équipe affirme qu'il s'agit d'une amélioration majeure par rapport à la précision de systèmes similaires, qui atteignaient des précisions comprises entre 6 et 8 cm.

La FlyingToolbox semble représenter une avancée majeure dans le monde des robots manipulateurs volants , avec de nombreuses applications potentielles, mais quelques obstacles restent à franchir. Par exemple, le système de drone a été testé en laboratoire contrôlé ; son fonctionnement en extérieur pourrait donc s'avérer plus complexe.

L'équipe est néanmoins satisfaite des progrès réalisés. Elle déclare : « La précision, la robustesse et la polyvalence du système en font une solution potentielle pour un large éventail de tâches concrètes. Nous pensons qu'il pourrait inspirer la communauté à développer des systèmes de manipulation aérienne coopératifs complexes, par exemple pour le remplacement des batteries et le réapprovisionnement en matériaux, augmentant ainsi considérablement les capacités des manipulateurs aériens. »

https://en.westlake.edu.cn/news_events/westlakenews/research/202509/t20250925_59664.html