Des chercheurs se sont inspirés de la nature pour créer une aile robotique capable de détecter et de s’adapter aux changements de l’eau afin d’offrir une stabilité inégalée. S’inspirant des mouvements adaptatifs des oiseaux et des poissons, l’aile détecte les perturbations du courant d’eau et modifie automatiquement sa forme pour s’y adapter.
L’équipe, dirigée par l’Université de Southampton, espère que la robotique souple et la peau électronique qu’elle a mises au point pourront contribuer à combler l’écart de maniabilité et d’efficacité entre les robots et les animaux.
Lors des tests, l’aile a réduit l’impulsion de portance indésirable, la secousse due à un courant sous-marin soudain, de 87 % par rapport aux ailes rigides que l’on trouve sur les véhicules sous-marins autonomes (AUV) actuels.
L’aile robotique souple a été conçue pour imiter les capacités proprioceptives des oiseaux et des poissons.
Les résultats, présentés dans la revue npj Robotics, montrent que la nouvelle aile réagit jusqu’à quatre fois plus vite que les ailes souples similaires et consomme cinq fois moins d’énergie que les systèmes qui utilisent l’énergie thermique pour changer de forme.
Vidéo d’une aile robotique souple réagissant aux turbulences sous-marines. Crédit : Université de Southampton
Contrairement aux corps gracieux et flexibles des poissons et des oiseaux, les corps rigides et les ailes des AUV peinent à résister aux courants et aux vagues soudaines, dépensant beaucoup d’énergie pour contrer ces forces.
Pour relever ce défi, l’équipe d’ingénieurs a cherché à exploiter la puissance de la proprioception – le sens interne du corps concernant sa position, son mouvement et sa force.
Grâce à la proprioception, les oiseaux perçoivent les changements de flux d’air à travers leurs plumes, tandis que les poissons utilisent leur ligne latérale et les rayons de leurs nageoires pour ressentir les changements de flux d’eau.
Une équipe de Southampton, Édimbourg et Delft (Pays-Bas) a mis au point une peau électronique innovante capable de détecter les variations subtiles des courants d’eau. Elle est composée de fils de métal liquide flexibles, enrobés de silicone. Ces fils agissent comme des nerfs, transmettant des signaux lorsque l’aile se plie.
Le fuselage abrite deux tubes qui sont mis sous pression hydraulique pour modifier automatiquement la rigidité et la cambrure de l’aile.
Une peau électronique capable de détecter les changements subtils causés par les courants d’eau.
« Au lieu de construire des robots plus robustes conçus pour lutter contre la puissance de l’océan, nous nous orientons vers des machines plus intelligentes et plus douces qui fonctionnent en synergie avec l’environnement », explique Leo Micklem, auteur principal de l’article, qui a mené les travaux à l’Université de Southampton et travaille actuellement à l’Université d’État de Portland.
Pour tester la nouvelle aile, les chercheurs l’ont soumise à des perturbations de formes et d’amplitudes différentes et ont comparé les résultats avec ceux d’une aile rigide standard et d’une aile souple de base sans capacités proprioceptives.
Les résultats étaient stupéfiants. La capacité de l’aile à se stabiliser était environ deux fois supérieure à celle d’une chouette effraie en vol plané, même s’il convient d’interpréter les comparaisons directes avec prudence.
Les améliorations considérables en matière de stabilité, de réactivité et d’efficacité pourraient ouvrir la voie à des robots plus agiles et plus sûrs, consommant beaucoup moins d’énergie pour rester stables dans des conditions turbulentes.
Vidéo d’une aile robotique souple réagissant aux turbulences sous-marines. Crédit : Université de Southampton
Le professeur Blair Thornton, co-auteur de l’article et professeur à l’Université de Southampton, a déclaré : « Les environnements océaniques sont dynamiques et imprévisibles ; les robots doivent donc constamment percevoir leur environnement et réagir en conséquence. Des approches émergentes ont démontré l’efficacité de la propulsion grâce à l’utilisation de matériaux souples, mais l’intégration de ces matériaux pour la détection et le contrôle rapproche les robots souples des systèmes adaptatifs nécessaires à un fonctionnement fiable en milieu sous-marin naturel. »
L’équipe souligne les difficultés liées à la mise à l’échelle de la technologie, à son intégration aux composants rigides d’un AUV et à la garantie de sa robustesse en conditions réelles d’utilisation, mais suggère également que des actionneurs plus puissants pourraient encore améliorer la stabilité.
L’article « Harmoning proprioception in aquatic soft wings allows hybrid passive-active disturbance rejection » est publié dans npj robotics et est disponible en ligne.
