Les avions de livraison autonomes de Zipline ont déjà effectué plus de 300 000 missions commerciales sur certains marchés, et la société affirme avoir mis au point un système de détection et d’évitement qui, selon elle, satisfera les autorités réglementaires et ouvrira de nombreux autres domaines.
Cela semble inévitable à ce stade : nos cieux urbains regorgeront bientôt de toutes sortes d’aéronefs multicoptères, des petits drones de logistique et de livraison aux taxis aériens et minibus eVTOL. Cette évolution apportera son lot d’avantages (rapidité, commodité, réduction des émissions et retrait des voitures de la circulation) et d’inconvénients (pollution sonore, risque de chute sur la tête et disparition d’un certain sentiment d’intimité en raison de la présence constante d’yeux dans le ciel).
Quoi qu’il en soit, ce futur est en marche et seule la bureaucratie le freine pour l’instant. L’un des principaux problèmes est une question de sécurité : comment des centaines, voire des milliers, de ces petits avions peuvent-ils partager l’espace aérien sans se heurter les uns aux autres ou interférer avec la trajectoire de vol des avions plus grands ? Ce problème doit être résolu de manière exhaustive avant que les autorités aéronautiques n’ouvrent la porte aux drones opérant « au-delà de la ligne de vue » d’un télépilote.
La société de livraison autonome par drones Zipline, qui a déjà effectué plus de 300 000 livraisons commerciales au cours des cinq dernières années sur des marchés d’essai contrôlés, pense avoir trouvé une solution convaincante, sous la forme d’un système acoustique de détection et d’évitement (DAA : Detect-and-Avoid) que Keenan Wyrobek, cofondateur et directeur technique, décrit comme « le Saint Graal de la technologie des drones ».
Chaque aéronef serait équipé d’un réseau de microphones et de processeurs embarqués qui, selon la société, permettraient de détecter d’autres aéronefs jusqu’à 2 km de distance, ce qui leur donnerait une vision à 360 degrés et permettrait aux systèmes de contrôle de vol de surveiller et de suivre plusieurs aéronefs, en ajustant la trajectoire de vol à la volée.
Le système acoustique de détection et d’évitement donnerait aux aéronefs autonomes une zone de détection sphérique d’un rayon pouvant atteindre deux kilomètres.
Il existe de nombreuses autres solutions : des systèmes de détection optique comme le système Casia 360 d’Iris Automation, des systèmes multimodes et radar comme ceux que General Atomics teste depuis des années sur les drones Predator, et d’autres idées de type transpondeur qui obligeraient les avions à diffuser leur position à tout moment.
La solution acoustique de Zipline semble offrir de sérieux avantages. Les radars et les réseaux de caméras sont encombrants, lourds et coûteux, et ils n’offrent aucune visibilité derrière des obstructions visuelles comme les collines et les bâtiments. Les caméras auront du mal à repérer les autres drones à distance et pourraient être compromises par les conditions d’éclairage ou la météo. Les transpondeurs dépendent des communications au sol, ainsi que de l’hypothèse que tout le monde respecte les règles du jeu.
Les réseaux de microphones, en revanche, sont petits, légers, autonomes, capables de fournir une couverture sphérique, potentiellement capables d’obtenir des informations derrière certaines obstructions – et à peu près aussi bon marché que les équipements de détection. Bien sûr, les systèmes acoustiques ont leurs propres défis ; les drones auxquels ils sont attachés produiront eux-mêmes des sources sonores multiples et très variables qui devront être soustraites de l’alimentation de chaque micro avec une extrême précision si l’on veut qu’ils restent sensibles aux petites hélices situées à plus d’un kilomètre.
Le bruit du vent sera un autre problème, en particulier à grande vitesse, et bien que nous ayons été impressionnés par la technologie de réduction du bruit du vent dans le passé, par exemple dans les systèmes d’intercom pour motos entre pilotes, il y a une grande différence entre fournir un signal audio intelligible entre deux personnes et fournir une alimentation audio sphérique super propre qui peut être analysée avec précision pour les minuscules signaux audio qui seront nécessaires pour une capacité de détection et d’évitement de niveau FAA.
Le système DAA utilise des signaux alignés dans le temps et formés en faisceau à partir d’un réseau de microphones, exécutés par un modèle d’apprentissage profond, pour estimer la probabilité qu’une signature sonore donnée provienne d’un autre avion et suivre son mouvement.
Dans sa demande de brevet américain, Zipline décrit un système dans lequel un drone équipé d’un DAA peut changer intentionnellement de direction juste pour obtenir une meilleure lecture d’un objet qu’il suit, et qui utilise la variation entre les microphones comme un moyen de filtrer la forme du signal de bruit propre au drone. Il utilise la formation de faisceau sur les signaux audio alignés dans le temps provenant de chaque micro, puis fait passer le signal résultant par un modèle d’apprentissage profond pour estimer si un signal donné a été émis par un avion.
« Nous avons créé un système suffisamment agile pour fonctionner avec les marges les plus fines », a déclaré Keenan Wyrobek, « et qui peut penser par lui-même et s’adapter en temps réel ». Le DAA est le résultat d’années de développement et de centaines de milliers d’heures de vol. C’est une réponse élégante aux défis du vol au-delà de la ligne de vue aux États-Unis – pas dans 10 ans, mais aujourd’hui. »
« Le DAA est la cheville ouvrière de la mise à l’échelle de la livraison instantanée aux États-Unis et dans le monde », a ajouté Keller Rinaudo, fondateur et PDG de Zipline. « Nous envisageons un avenir dans lequel ce système devient la norme industrielle pour que tous les avions autonomes commerciaux puissent voler en toute sécurité. »
L’entreprise dit avoir déjà intégré le système DAA dans ses propres drones, et elle cherche à obtenir l’approbation réglementaire avant de l’activer dans diverses régions.
On ne sait pas encore combien de temps prendra cette approbation, ni quelle forme elle prendra exactement. Zipline affirme que son système DAA peut s’intégrer et jouer avec d’autres systèmes si nécessaire. Nous serions très intéressés de voir comment il est testé, et d’apprendre comment il se comporte avec un large éventail de cibles différentes dans des environnements audio complexes et encombrés. Mais il s’agit certainement d’un développement prometteur, qui pourrait ajouter des capacités de conscience sphérique aux drones sans trop d’inconvénients. Et s’il fait ce qu’il dit, il pourrait constituer un pas important vers les cieux plus bruyants de demain.
https://patents.google.com/patent/US20210225182A1/en?oq=17%2f138%2c063
