Des scientifiques ont testé leur robot volant air-eau dans le lac Léman, prouvant qu’il a suffisamment de vitesse et de puissance pour quitter l’eau avec seulement ses ailes.
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Ingénieur mécanique Par Raphaël Zuferi Dans le laboratoire du MIT, il y a des réservoirs géants remplis d’eau turquoise, de nombreux ventilateurs qui provoquent des vents violents et de petits robots volants partout où vous regardez.
Les vedettes du spectacle sont les robots, comme les oiseaux marins de l’Atlantique, qui utilisent leurs ailes pour plonger, voler et nager.
“Ces poumons résolvent cette tâche vraiment difficile de déplacement entre l’air et l’eau, malgré l’énorme différence de densité”, a déclaré Zuferi.
Lui et ses collègues voulaient voir s’ils pouvaient construire un robot de la taille d’un oiseau, capable à la fois de transmettre et de basculer entre eux. Quelque chose que personne n’a jamais fait auparavant.
Raphael Zuferi, ingénieur en mécanique au MIT, est l’un des dirigeants du nouveau projet de robot.
Ari Daniel/NPR
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Dans un article publié jeudi dans le Journal Scienceils décrivent l’ingénierie d’un tel robot air-eau. Il pèse une demi-livre et son envergure n’est pas de trois pieds, d’une pointe à l’autre.
“C’est un beau robot”, dit-il Glenna CliftonBiologiste de la locomotion animale à l’Université de Portland, Oregon, qui travaille avec des chercheurs en robotique, mais n’a pas été impliqué dans ce projet de recherche. Les plongeurs robotisés donnent un aperçu de ce qui rend la biologie du vol des oiseaux si spéciale, a-t-il déclaré.
Il a de nombreuses applications potentielles, notamment l’observation des océans côtiers et la surveillance d’éléments tels que les récifs coralliens éloignés. Un robot peut voler vers des récifs, des groupes de baleines ou des proliférations d’algues, puis échantillonner l’eau pour collecter des données.
Ces robots d’inspiration biologique constituent un terrain fertile pour l’apprentissage de la nature et de l’ingénierie. “La biologie inspire la robotique”, dit Clifton, “mais les robots sont utilisés pour comprendre la biologie”.
Les ingénieurs ont étudié comment les puffballs plongent, nagent, volent et se déplacent entre l’air et l’eau.
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Concevoir un nouveau robot
Il a fallu deux ans pour construire ce robot. “Il semble impossible d’imaginer une aile capable de fonctionner efficacement à la fois dans l’air et dans l’eau”, se souvient Zuferi.
Mais lui et ses collègues n’étaient pas coincés. Ils ont basé le plan corporel général du robot sur celui d’un plongeur, mais ont réussi à déplacer plusieurs noyaux.
Premièrement, en robotique, les jambes sont difficiles à construire, à contrôler et à effectuer les mouvements souhaités, c’est pourquoi ils ont décidé de n’inclure aucune jambe. “Au lieu de cela, nous avons pensé : ‘Pouvons-nous avoir des ailes directement de l’eau à l’air ?'”, a déclaré Zuferi.
Deuxièmement, l’équipe de recherche a exclu de replier ces ailes, comme le font de nombreux oiseaux plongeurs. Cela aurait été trop compliqué, a déclaré Zuferi. “Il faut ajouter des liaisons, il faut ajouter des moteurs, donc nous comptons sur la flexibilité de l’aile.”
Il capture le robot final. C’est élégant. Le corps central, qui abrite le moteur et la batterie, est complètement ouvert, ce qui signifie que ses entrailles électroniques sont visibles.
“L’eau inonde donc tout le système ici”, a expliqué Zuferi. “Vous devez imperméabiliser chaque composant individuellement.” Cette approche rend le robot suffisamment léger pour voler facilement dans les airs, et également à flottabilité neutre, ce qui signifie qu’il ne flottera pas à la surface ni ne coulera au fond. Gardez-le simplement dans l’eau.
Vidéo : Regardez le robot décoller de l’eau.
Le robot a une queue pour l’aider à voler. Les ailes sont constituées d’un tissu en nylon transparent renforcé de bandes de fibre de carbone. Zuferi tient le corps du robot et ses ailes battent de haut en bas brusquement et rapidement. “On sent vraiment la puissance”, a-t-il déclaré.
Le robot bat cinq à six fois par seconde pour poursuivre son vol. Pour sortir de l’eau et décoller, les ailes doivent bouger dix fois par seconde pour générer suffisamment de vitesse et de poussée.
La plupart des oiseaux plongeurs ne peuvent pas générer cette force avec leurs ailes, ils courent donc sur leurs pattes à la surface de l’eau. (Le martin-pêcheur est une exception, mais c’est un oiseau particulièrement léger, explique Zuferi.)
« Étape de demande »
Zuferi et ses collègues rappellent la vidéo prise dans le lac Léman, en Suisse. Les Alpes s’élèvent au loin et la surface de l’eau est calme.
Avant que le robot ne sorte de l’eau et ne s’envole, de minuscules ondulations se produisent en une fraction de seconde. Cela ressemble à un oiseau qui vole.
Les chercheurs ont calculé l’angle de lancement et la taille des ailes optimaux. Clifton dit que le robot ne peut pas voler quatre miles ou nager plus d’un mile avec une seule charge, ce qui, selon eux, est “plus long que la partie course et natation d’un triathlon sprint”.
La photo montre l’arc de vol du robot alors qu’il émerge de l’eau et dans les airs.
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Ce robot était généralement impressionnant. “C’est léger et puissant, et c’est un grand pas en avant pour nager, voler et faire la transition entre les deux”, a-t-il déclaré.
À l’avenir, Zuferi est ravi de voir ce type de robot utilisé dans diverses applications, notamment la surveillance de la prolifération d’algues, des stocks de poissons et de l’érosion côtière. Il prévoit d’équiper l’appareil d’un petit nombre de capteurs pour permettre une telle collecte de données.
De plus, Zuferi et son équipe continuent d’affiner et d’affiner leurs hydrobots aériens expérimentalement raffinés mais d’inspiration naturelle. “Vous voyez, cela a déjà été fait en biologie”, a-t-il déclaré.
“Cela vous donne donc de l’espoir en tant que roboticien. Cela vous dit que cela devrait être possible.”
La conception à corps ouvert du robot offre une flottabilité neutre, ce qui signifie qu’il ne flotte pas à la surface ni ne coule au fond. Gardez-le simplement dans l’eau.
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