Un drone à 5 degrés de liberté peut détecter en toute sécurité des objets enfouis depuis les airs. Cette photo composite montre comment un drone tricoptère équipé d’un lidar et d’un détecteur de métaux peut contourner un obstacle proche du sol.
La détection de métaux peut être un passe-temps amusant ou une tâche à accomplir avec un sérieux mortel, si le trésor enfoui que vous recherchez comprend des mines terrestres et des restes explosifs de guerre. Il s’agit d’un problème énorme et dangereux : quelque 12 000 kilomètres carrés dans le monde sont essentiellement inutilisables et inhabitables en raison de la menace des explosifs enfouis, et des milliers et des milliers de personnes sont blessées ou tuées chaque année.
S’il existe de nombreux moyens de détecter les mines et les explosifs, aucun d’entre eux n’est particulièrement rapide ou facile. Pour des raisons évidentes, envoyer un être humain dans un champ de mines avec un détecteur de métaux n’est pas la manière la plus sûre de procéder. Au lieu de cela, les gens envoient tout ce qu’ils peuvent, des machines qui peuvent détruire les champs de mines avec une force brute aux rats bien entraînés qui adoptent une approche plus passive en reniflant les produits chimiques explosifs.
La majorité des mines étant déclenchées par la pression ou la proximité directe, on pourrait penser qu’un drone serait le moyen idéal de les détecter de manière non explosive. Toutefois, à moins de détecter uniquement sur une surface parfaitement plane (et peut-être même pas dans ce cas), votre détecteur ne sera pas positionné idéalement la plupart du temps et vous risquez de manquer quelque chose, ce qui n’est pas une option viable pour la détection des mines.
Mais aujourd’hui, une nouvelle combinaison d’un détecteur de métaux et d’un drone à 5 degrés de liberté est en cours de développement au laboratoire des systèmes autonomes de l’ETH Zurich. Elle pourrait constituer une solution viable pour la détection à distance des mines terrestres, en utilisant une détection et une localisation minutieuses, ainsi que des moteurs de torsion pour maintenir le détecteur à proximité du sol de manière fiable.
La partie la plus délicate de l’opération consiste à s’assurer que le détecteur de métaux reste correctement orienté par rapport à la surface du sol, de manière à ce que son efficacité ne soit pas diminuée. Avec un drone classique, cela ne fonctionnerait pas du tout, car chaque fois que le drone se déplace dans une direction autre que le haut ou le bas, il doit s’incliner, ce qui va également incliner tout ce qui est attaché à lui. À moins que vous ne souhaitiez monter votre détecteur de métaux sur une sorte de système à cardan (probablement compliqué et lourd), vous avez besoin d’un drone capable de translater sa position sans s’incliner. Heureusement, un tel drone existe et est disponible dans le commerce.
Le drone utilisé dans cette recherche est fabriqué par une société appelée Voliro. Il s’agit d’un tricoptère qui utilise des nacelles de propulseurs rotatifs qui se déplacent indépendamment du corps du drone. Vous ne serez peut-être pas surpris d’apprendre que Voliro (qui a, par le passé, fabriqué des robots volants vraiment bizarres) est une start-up qui a ses racines dans le laboratoire des systèmes autonomes de l’ETH Zurich, là même où se déroulent les recherches sur les drones détecteurs de mines.
Maintenant que vous disposez d’un drone théoriquement capable de faire fonctionner votre détecteur de métaux, vous devez concevoir le système de contrôle qui le fera fonctionner en pratique. Le système doit être capable de piloter le drone sur une surface 3D qu’il n’a jamais vue auparavant et qui peut comporter des obstacles. Parallèlement, il doit donner la priorité à l’alignement du détecteur.
Les chercheurs associent le GPS aux mesures inertielles d’un lidar monté sur le drone pour une estimation absolue de la position et de l’état, puis tracent et exécutent de manière autonome une « trajectoire de couverture en boustrophédon » à travers une zone d’intérêt. Un boustrophédon – un mot dont j’ignorais l’existence jusqu’à cette minute – fait référence à quelque chose (généralement l’écriture) dans lequel les lignes alternées sont inversées (et reflétées). Ainsi, de droite à gauche, puis de gauche à droite.
Des essais avec des cibles métalliques (non explosives) ont montré que ce système fonctionnait très bien, même dans des zones comportant des obstacles, une occultation aérienne et une pente importante. La question de savoir si ce système est ou non utile sur le terrain nécessitera des recherches plus approfondies, mais comme la plate-forme elle-même est un matériel commercial, il y a un peu plus de place pour l’optimisme qu’il n’y en aurait autrement.
Un rapport de recherche intitulé « Resilient Terrain Navigation with a 5 DOF Metal Detector Drone », rédigé par Patrick Pfreundschuh, Rik Bähnemann, Tim Kazik, Thomas Mantel, Roland Siegwart et Olov Andersson de l’Autonomous Systems Lab de l’ETH Zurich, sera présenté en mai à l’ICRA 2023 à Londres.
