Un drone équipé de griffes de chat est le premier à se poser sur des parois de glace quasi verticales.
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L'Ice Dart est un quadricoptère conçu par des chercheurs de l' Université de Sherbrooke au Québec pour résoudre un problème qui a discrètement limité la recherche sur les drones pendant des années : il n'existe pratiquement aucun endroit sûr pour atterrir dans les environnements les plus hostiles de la planète.
La glace représente un défi de taille. Les drones classiques à pieds en caoutchouc commencent à perdre de l'adhérence même sur des pentes aussi douces que 9 degrés, et plus la pente est raide, moins le poids du drone le plaque au sol : sur une paroi inclinée à 60 degrés, la gravité ne le maintient qu'avec la moitié de sa force habituelle. L'Ice Dart résout ce problème et devient, d'après un article récemment publié par l'équipe dans IEEE Transactions on Field Robotics , le premier drone capable de se poser sur une surface glacée aussi abrupte et d'y maintenir sa position.
L'Ice Dart s'inscrit dans un courant plus large de la robotique appelé « perchage », une approche inspirée de la nature qui vise à doter les drones de la capacité de s'accrocher à des surfaces comme le font les oiseaux, les insectes et les geckos . Au lieu de consommer de la batterie pour rester en vol stationnaire indéfiniment, un drone perché se pose, désactive ses systèmes les plus bruyants et se transforme en capteur fixe aussi longtemps que nécessaire.
Les chercheurs ont conçu des versions capables de s'agripper aux branches d'arbres, d'adhérer à des murs rugueux et même de se fixer à des véhicules en mouvement, mais la glace – en particulier la glace abrupte et imprévisible des glaciers – restait l'un des principaux obstacles dans ce domaine.
Nous avons fait atterrir un drone sur des icebergs escarpés à l'aide de pinces rétractables !
« L’idée des épines rétractables des pattes m’est venue en observant les griffes d’un chat et leur capacité à se déployer uniquement en cas de besoin », explique Isaac Tunney, chercheur postdoctoral en génie mécanique et robotique à l’Université de Sherbrooke et premier auteur de l’étude. « Je souhaitais créer des pattes qui s’ancreraient naturellement et passivement dans la glace au moment opportun, quelles que soient l’orientation du drone, la géométrie de la surface ou les conditions de la glace. »
Le secret de cette prouesse réside dans la synergie de trois technologies. Chacune des quatre pattes en fibre de carbone du drone, disposées en X et pesant au total 2,65 kg pour l'appareil complet, se termine par un pied muni de deux ergots à ressort orientés en sens opposés. En cas d'atterrissage en montée, un seul ergot s'active ; en cas d'atterrissage en descente, l'autre prend le relais, sans que le pilote ait besoin de calculer l'angle d'approche idéal.
Le deuxième élément est un train d'atterrissage amortisseur : 38 disques de friction absorbent la force de l'impact pour empêcher le drone de rebondir. Un rebond serait fatal, car les épines ne mordent que si les pattes restent plaquées contre la glace. La troisième astuce relève davantage de la magie : pendant une fraction de seconde au contact, les moteurs inversent brièvement leur poussée, propulsant physiquement le drone contre la paroi pour faciliter l'ancrage des épines, ce qui est crucial sur les pentes les plus abruptes où la gravité seule ne suffit pas.
Il peut adhérer aux parois de glace inclinées jusqu'à 60 degrés.
L'équipe a testé le drone en conditions réelles, en faisant voler l'Ice Dart le long du glacier Fjallsjökull en Islande, par des températures oscillant entre 0 et 10 °C et des vents soufflant en rafales à plus de 30 km/h. Il a réussi 24 atterrissages sans faute sur des pentes allant jusqu'à 58 degrés, avec un taux de réussite de 100 %, même par vent fort. Lors de tests en laboratoire, plus contrôlés, il a réussi à atterrir sur des pentes jusqu'à 60 degrés à une vitesse de 3 m/s.
Cette capacité ouvre la voie à un type de surveillance arctique véritablement nouveau.
Un drone en vol stationnaire épuise sa batterie en quelques minutes, tandis qu'un drone posé au sol peut y rester des heures, voire des jours, servant de capteur fixe plutôt que d'aéronef gourmand en carburant. Cette caractéristique est précieuse, soulignent les auteurs de l'étude, pour de nombreuses applications, du suivi des icebergs et de la sécurité maritime à la recherche environnementale et à la surveillance plus large de l'Arctique, dans une région où le trafic maritime et les opérations en mer s'étendent toujours plus au nord.
Un iceberg dérivant peut constituer une menace sérieuse pour les plateformes pétrolières et les routes maritimes, et jusqu'à présent, sa surveillance étroite était à la fois coûteuse et limitée : elle consistait généralement à larguer des instruments depuis un hélicoptère ou un bateau en espérant qu'ils atterrissent à un endroit stratégique.
« La capacité d’atterrir plutôt que de faire du surplace peut transformer radicalement l’utilisation des drones sur le terrain », explique Alexis Lussier Desbiens, professeur de génie à l’Université de Sherbrooke et coauteur de l’étude. « Une fois au sol, la consommation d’énergie du drone chute considérablement, ce qui permet des périodes d’observation beaucoup plus longues avec un petit aéronef. Le drone devient également totalement silencieux et peut même réduire, voire éliminer, sa signature thermique et radiofréquence en désactivant ses principaux systèmes embarqués. »
Les essais en Islande reposaient encore sur un pilote humain appuyé par un second drone pour l'inspection visuelle, et non sur une autonomie complète. De plus, l'Ice Dart n'a pas encore été testé sur un iceberg dérivant réellement en pleine mer – situation où il serait sans doute le plus utile. Combler cette lacune et intégrer un atterrissage autonome est la prochaine étape logique pour l'équipe avant que l'Ice Dart ne passe du stade de prototype prometteur à celui d'outil opérationnel de surveillance de l'Arctique.