Un drone battant tous les records utilise l'intelligence inspirée des fourmis pour rentrer chez lui

Le drone utilise une caméra omnidirectionnelle pour prendre des clichés de son environnement, comme le font les fourmis avec leurs grands yeux composés.

Les minuscules drones aériens ont de nombreuses utilisations potentielles, mais leur capacité à naviguer est sévèrement limitée par leur minuscule puissance de traitement embarquée. Les scientifiques ont entrepris de remédier à cette limitation en s'inspirant des insectes butineurs tels que les fourmis.

Un jour, les microdrones pourraient notamment effectuer des tâches telles que la recherche de survivants sur les sites de catastrophes, la reconnaissance d'environnements dangereux ou même la pollinisation des cultures. Dans presque tous les cas, ils devront voler de manière autonome dans une zone spécifique, puis revenir à leur base.

Pour revenir à la base, les options de navigation comprennent actuellement le GPS en extérieur, ou la communication sans fil avec des modules de balises de repérage en intérieur. Cela dit, le GPS ne fonctionne pas dans les environnements intérieurs, et les modules de balisage ne sont probablement pas préinstallés dans la plupart des bâtiments.

Les drones de plus grande taille peuvent utiliser des systèmes LiDAR et de vision par ordinateur pour créer des cartes en 3D de leur environnement à l'aller, qu'ils suivront ensuite pour revenir. La création de telles cartes nécessite toutefois une puissance de traitement et une mémoire importantes, que les minuscules microprocesseurs des microdrones ne peuvent tout simplement pas fournir.

L'une des solutions proposées précédemment consiste à faire en sorte que ces drones prennent simplement une série de photos instantanées de leur environnement à l'aller. Au retour - en supposant qu'ils suivent le même itinéraire - ils recherchent simplement les points de repère figurant sur ces clichés, dans l'ordre inverse de celui dans lequel ils ont été pris. Bien qu'il s'agisse d'une méthode de navigation plus efficace, le nombre d'instantanés requis nécessite encore trop de mémoire.

Afin de réduire considérablement ce nombre, des scientifiques de l'université technologique de Delft (TU Delft), aux Pays-Bas, se sont tournés vers les fourmis et d'autres insectes butineurs. Les fourmis prennent essentiellement des clichés mentaux lorsqu'elles quittent leur colonie, mais elles comptent aussi (grossièrement) le nombre de pas qu'elles font entre ces clichés.

Ce processus de comptage des pas, connu sous le nom d'odométrie, leur permet de prendre beaucoup moins d'instantanés qu'il n'en faudrait. Ils se contentent de faire correspondre leur environnement à un cliché, de faire le nombre de pas mémorisé, puis de vérifier le cliché suivant. Cette procédure est répétée instantané après instantané, jusqu'à ce que l'insecte atteigne sa colonie.

Le petit drone CrazyFlie utilisé dans l'étude

Dirigée par les professeurs Tom van Dijk et Guido de Croon, l'équipe de la TU Delft a appliqué ce même principe à un quadcoptère miniature CrazyFlie de 56 grammes, qu'elle a équipé d'une caméra omnidirectionnelle. Bien sûr, les drones aériens ne marchent pas, et l'appareil ne peut donc pas compter ses pas comme une fourmi.

"Pour l'odométrie, notre drone fait quelque chose de similaire aux abeilles, il intègre le mouvement déterminé à partir du flux optique", explique Guide de de Croon. "Pour ce faire, notre robot est équipé d'une petite caméra orientée vers le bas qui mesure la vitesse à laquelle les objets passent dans le champ visuel.

De plus, cette caméra suit également la direction dans laquelle le sol passe sous elle.

Au retour, une fois que le drone a déterminé qu'il a parcouru la distance et la direction enregistrées à partir d'un cliché, il compare l'image de la caméra à celle du cliché suivant. Étant donné que l'aéronef aura inévitablement dérivé un peu sur le chemin du retour, il corrige sa trajectoire jusqu'à ce que les deux images correspondent presque exactement.

"Supposons qu'un arbre soit en vue et qu'il soit plus grand sur l'image instantanée que sur l'image actuelle. Le drone doit alors se diriger vers cet arbre, car il deviendra également plus grand sur l'image", explique Guido de Croon.

En naviguant de cette manière dans un environnement intérieur, le drone a pu retourner à sa base de manière autonome le long d'un parcours d'obstacles sinueux de 100 mètres en utilisant seulement 1,16 kilo-octet de mémoire, ce qui est bien inférieur à la capacité de la plupart des micro-drones commerciaux. En fait, le quadcoptère détiendrait désormais le record du drone le plus léger à avoir jamais effectué une navigation basée sur la vision.

https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adk0310

https://www.tudelft.nl/en/2024/lr/ant-insights-lead-to-robot-navigation-breakthrough