Record battu pour le plus petit robot capable de voler seul comme un insecte

RoboBee est muni de quatre ailes plutôt que de deux | Noah T. Jafferis and E. Farrell Helbling, Harvard Microrobotics Laboratory

Vous connaissiez RoboCop? Voici RoboBee. Ce minuscule objet volant à 4 ailes ne pèse que 90 mg, soit le poids d’une grosse abeille (mais grossit à 259 mg, lorsqu’on comptabilise le capteur photovoltaïque qui le rend autonome en énergie), pour environ 1 cm de large.

Pourquoi c’est une première. Il s’agit du plus petit engin jamais conçu capable de voler sans fil à la patte (c’est-à-dire, sans dépendre d’un câble d’alimentation électrique), avancent ses auteurs. Le principal défi? La propulsion, qui doit être suffisamment efficace, sans peser trop lourd.

Fonctionnel, le prototype développé par des chercheurs de l’Université de Harvard et de l’Institut Wyss pour l’ingénierie bio-inspirée, a été soigneusement documenté dans un article scientifique paru dans Nature. Il est le fruit de plusieurs années de R&D.

Pourquoi deux paires d’ailes? Ses auteurs ont fait le choix d’un robot bio-inspiré, muni d’ailes mécaniques plutôt que de rotors. Après des premiers essais infructueux avec seulement deux ailes, les chercheurs ont finalement doublé la mise (à noter que l’abeille biologique, elle-aussi, en a quatre). Dans un communiqué, Noah Jafferis, auteur principal, explique:

«Le passage de 2 à 4 ailes, ainsi qu’un changement de matériel dans les actionneurs, nous ont permis d’accroître la poussée, et de pouvoir embarquer tout le matériel [ndlr: et notamment le capteur photovoltaïque) sans nécessiter davantage de puissance.»

Résultat: une consommation moyenne d’un peu plus de 110 mW pour soutenir le vol, ce qui est en ligne avec la dépense énergétique des abeilles pour voler.

Pourquoi des ailes plutôt que des rotors? Dans un commentaire de l’étude, également publié par la revue Nature, Kenny Breuer, professeur à l’Université de Brown (Etats-Unis), non impliqué dans l’étude, détaille:

«Les drones quadricoptères sont devenus très populaires d’un point de vue commercial, mais des ailes motorisées présentent d’autres avantages: cela rend les appareils plus faciles à manœuvrer dans des environnements denses, comme des cavernes, des caves, ou des forêts.

De plus, cela permet de réduire la vitesse périphérique des pièces en mouvement, à vitesse de déplacement égale, ce qui limite le bruit, ainsi que les dégâts en cas de collision.»

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Le RoboBee muni de l'antenne le reliant à son capteur photovoltaïque | Noah T. Jafferis and E. Farrell Helbling, Harvard Microrobotics Laboratory

Pourquoi une cellule photovoltaïque?

  • La densité de puissance (autrement dit, la puissance délivrée par unité de masse) des batteries lithium-ion s’est considérablement améliorée, mais reste insuffisante en deçà de la barre des 100 mg, notent les auteurs. Une batterie performante aurait pesé bien trop lourd, jusqu’à plusieurs fois la masse d’un insecte.

  • Or, l’objectif était ici de ne pas dépendre d’un câble électrique… Pour contourner le problème, les chercheurs ont utilisé un petit panneau solaire de 6 cellules photovoltaïques, relié à l’appareil volant par une antenne (voir image ci-dessus). Chaque cellule ne pèse que 10 mg, ce qui permet de ne pas trop alourdir le minuscule engin volant.

Peut-il voler en extérieur grâce à l’énergie solaire? Ce n’est pas (encore) pour demain. En effet, l’abeille mécanique ne reçoit suffisamment de puissance pour le vol… que sous lumière artificielle, avec un rayonnement de densité énergétique équivalente à celle de 3 fois celle du Soleil (!). Kenny Breuer:

«Nous n’en sommes pas au cauchemar dystopique des robots-insectes décrits par la science-fiction.

D’autant plus que ce robot, s’il parvient à voler, a de grandes probabilités de s’écraser s’il venait à manquer de lumière pendant son vol. Mais la bonne nouvelle, c’est que les progrès de miniaturisation des batteries à venir rendront bientôt le vol contrôlé de minuscule robots à notre portée.»

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Lire l'article publié dans Nature (EN)