Un drone ressemblant à un papillon de nuit navigue de manière autonome sans IA

Des chercheurs de l'Université de Cincinnati développent un drone doté d'ailes battantes qui peut localiser et planer autour d'une lumière en mouvement comme un papillon de nuit autour d'une flamme.

Sameh Eisa, professeur adjoint à l'UC College of Engineering and Applied Science, et ses étudiants en génie aérospatial s'intéressent à ces drones inhabituels en raison de leur vol très efficace, qui peut être réduit pour être utilisé dans la surveillance secrète.

Les papillons de nuit ont l'incroyable capacité de planer sur place, voire de voler à reculons. Ils s'ajustent automatiquement pour compenser le vent ou les obstacles, afin de rester immobiles ou de suivre un objet en mouvement. De même, le drone d'Eisa, semblable à un papillon de nuit, s'ajuste avec précision pour maintenir l'attitude et la distance souhaitées par rapport à une lumière, même lorsque celle-ci bouge, a expliqué Sameh Eisa.

« Ce qui nous intéresse, c'est la taille. C'est une conception plus optimale. Ces petits robots devraient voler comme un papillon de nuit », a-t-il expliqué.

Système de recherche d'extrêmes

Dans son laboratoire de modélisation, dynamique et contrôle, Eisa explore l'ingénierie inspirée des animaux. Auparavant, il avait étudié des drones capables d'exploiter la puissance du vol dynamique pour parcourir de vastes distances plus efficacement, à la manière d'un albatros.

Pour son dernier projet publié dans la revue Physical Review E , Sameh Eisa et le doctorant Ahmed Elgohary ont émis l'hypothèse que les insectes planeurs peuvent voler avec autant d'adresse grâce à l'utilisation de systèmes de rétroaction à recherche d'extrêmes. Ces systèmes permettent la navigation des drones en temps réel, sans calculs complexes, sans GPS ni intelligence artificielle, par de simples ajustements constants des commandes, comme le nombre de volets par seconde.

Les drones à ailerons contrôlent le roulis, le tangage et le lacet en battant des ailes indépendamment. Mais ce battement indépendant est trop rapide pour être observé à l'œil nu. Au lieu de cela, les ailes ressemblent au flou des ailes d'un colibri.

« Nos simulations montrent que le contrôle par recherche d'extremum peut reproduire naturellement le comportement stationnaire stable observé chez les insectes, sans IA ni modèles complexes »,précise Ahmed Elgohary, auteur principal de l'étude. « Il s'agit d'un principe simple de rétroaction, sans modèle et en temps réel, qui pourrait expliquer comment ces petites créatures parviennent à une telle agilité avec des capacités intellectuelles très limitées. »

Les étudiants de l'UC Rohan Palanikumar (à gauche) et Ahmed Elgohary travaillent sur ce drone ressemblant à un papillon de nuit dans le laboratoire de modélisation, de dynamique et de contrôle du professeur adjoint Sameh Eisa. Photo/Michael Miller

Le drone mesure simultanément les performances de la fonction qu'il est programmé pour optimiser, comme la recherche d'une source lumineuse, pour corriger sa trajectoire dans une boucle de rétroaction constante qui permet un vol remarquablement cohérent et stable.

Quelle stabilité ? Le drone a pu reproduire le balancement subtil mais unique de chacun des insectes planants qu'il était censé imiter : papillons de nuit, bourdons, libellules, syrphes, tipules et colibris.

« Avec les papillons, ça paraît facile », assure Sameh Eisa. « Si nous utilisons des techniques de recherche d'extremum, c'est parce qu'elles semblent biologiquement plausibles. »

Des chercheurs en génie aérospatial de l'UC étudient comment des insectes planeurs, comme ce papillon colibri, peuvent voler avec autant d'adresse. Photo/Michael Miller

Les insectes planeurs, comme le sphinx colibri, amateur de nectar, bougent leurs ailes selon un mouvement unique en forme de huit, leur permettant de prendre de la portance à la fois en descendant et en ascendant. Les ailes flexibles se déforment à chaque battement pour maximiser la portance et la manœuvrabilité.

Ahmed Elgohary et Rohan Palanikumar, étudiant diplômé de l'UC, ont utilisé une télécommande pour démontrer le vol du drone à ailettes dans le laboratoire de vol d'Eisa, entouré d'un filet souple pour protéger drones et personnes des collisions accidentelles. Le drone possède quatre « ailes » en fil de fer et tissu.

Contrôler manuellement le drone sensible est beaucoup plus difficile et moins fiable que d'utiliser son propre système de recherche d'extrêmes, lance Ahmed Elgohary. Mais une fois activé, le drone à ailettes s'élève et reste en vol stationnaire, même si c'est avec une certaine instabilité. Cette oscillation est intentionnelle et fournit les perturbations nécessaires au système pour évaluer les variations de performances et ainsi corriger constamment sa trajectoire afin d'optimiser son vol.

Eisa a déclaré que la recherche est intéressante non seulement pour ce qu'elle pourrait signifier pour les nouveaux véhicules aériens sans pilote autonomes, mais aussi pour la façon dont ces minuscules insectes gèrent leurs acrobaties miraculeuses avec des cerveaux de la taille d'un grain de pollen.

« Cela pourrait changer beaucoup de choses en biophysique. Si les insectes planeurs comme les papillons de nuit utilisent l'équivalent de notre rétroaction de recherche d'extremum, cela a probablement aussi évolué chez d'autres créatures », a-t-il déclaré.

Ahmed Elgohary, étudiant à l'UC (à gauche), Rohan Palanikumar et le professeur adjoint Sameh Eisa font la démonstration du drone à clapet dans le laboratoire de modélisation, de dynamique et de contrôle d'Eisa. Photo/Michael Miller

Sameh Eisa, professeur adjoint à l'UC, tient un drone à clapet dans son laboratoire de modélisation, de dynamique et de contrôle. Il explore l'ingénierie inspirée des animaux pour les véhicules autonomes. Photo/Michael Miller

https://www.uc.edu/news/articles/2025/10/autonomous-moth-like-drone-navigates-without-ai.html