La mouche a désormais un concurrent robotisé (vidéo)

On n’est pas au niveau de la mouche du vinaigre, mais les chercheurs ont donné aux insectes une nouvelle concurrence, selon une étude publiée cette semaine (lien plus bas) sur des robots volants miniatures qui ne sont pas beaucoup plus grands qu’une pièce de monnaie. La puissance et le contrôle sont traités en externe, mais les minuscules robots peuvent encore effectuer des manœuvres de base et ils ont assez de portance pour voler par leur propre alimentation pendant quelques minutes, si la batterie adéquate est développée.

Les auteurs sont tous originaires de l’université d’Harvard (Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering), et ils se sont clairement inspirés des insectes. Malgré leurs systèmes nerveux simples, les insectes volants sont capables d’accomplir des exploits aérodynamiques sophistiqués comme d’éviter habilement une main qui tente de les attraper. Ainsi ils ont décidé de construire le leur.

Il ne suffisait pas de réduire la taille d’un objet volant. La miniaturisation confère trop peu de force, ou cela engendre une situation dans laquelle les interactions de surface entre les parties, comme la friction, inhibent vol. Plutôt que d’emprunter une voie traditionnelle pour réussir à faire décoller quelque chose de minuscule, comme de le rattacher à un moteur rotatif, ils se sont tournés vers la mouche pour s’en inspirer, et créer une paire d’ailes battantes.

Lors du vol, les ailes fonctionnent parce que l’angle qu’elles prennent lorsque le robot se déplace vers le haut est différent de celui qu’elles adoptent lorsqu’il se dirige vers le bas. Les auteurs les ont placés vers le haut pour agir passivement. Alors que les ailes battent dans des directions opposées, le matériel aux jointures qui les rattachent le corps du robot les oblige à les faire tourner.

Pour obtenir un battement d’ailes rapide, les auteurs ont créé deux “muscles” fabriqués à partir d’un matériau piézoélectrique, qui change de forme quand on applique une tension. Ainsi les ailes battaient 120 fois par seconde. Non seulement ce taux est semblable à celui d’une mouche, mais il a aussi créé une résonance dans le corps du robot qui amplifie la force de chaque battement. Cette fréquence de résonance est si importante que le système de contrôle de vol ne l’a jamais changé, même quand il avait besoin de modifier la force générée par l’aile (pour monter ou pour descendre, par exemple). Au lieu de cela, la force était contrôlée en modifiant la distance parcourue par l’aile entre chaque battement. 
Cette même approche a permis aux chercheurs de faire tourner leur robot en plein vol, en faisant battre avec plus de force le côté gauche ou droit pour faire tourner le robot.

Le système de contrôle, qui était connecté par les mêmes fils qui l’alimentaient en courant, a dû procéder à de constants ajustements pour maintenir sa stabilité. Pour permettre cela, le robot avait un certain nombre de sphères argentées sur des appendices. Ceux-ci ont contribué à l’équilibre et pouvaient être suivis par un système de capture de mouvement qui s’en servait pour déterminer la position du robot dans un espace à trois dimensions. Dans l’ensemble, le temps de réponse du système de contrôle était d’environ 12 millisecondes, juste un poil plus lent qu’une mouche.

C’est notamment grâce à une carrosserie en fibre de carbone et à des ailes en polymères, que l’ensemble ne pèse que 80 milligrammes. Ses trois centimètres d’envergure ont permis de générer une force de 1,3 millinewton (10^⁻³ newtons).Dans l’ensemble, c’est un impressionnant petit appareil. Mais nous sommes encore loin d’être en mesure de lui rattacher la puissance de calcul nécessaire pour le maintenir stable. Et même si toute sa capacité d’envol était incluse dans un type de batterie, elle ne serait suffisante que pour lui permettre de voler pendant quelques minutes. Pour l’instant, des millions d’années d’évolution résistent à la persévérance des ingénieurs, mais pour combien de temps encore ?

Leur innovation publiée dans Science : Controlled Flight of a Biologically Inspired, Insect-Scale Robot.