Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Dans l'optique de réaliser de la surveillance intra-bâtiment avec un système autonome, mobile, très discret, des recherches sont en cours pour développer des nanodrones. Elles se concentrent sur la compréhension et l'imitation du vol battu des insectes et sur les aspects de la miniaturisation. Cet article décrit la conception et la réalisation d'un insecte artificiel à ailes résonantes à l'aide des technologies de microfabrication de la microélectronique. Un actionneur électromagnétique induit un mouvement de flexion/torsion des ailes correspondant à une cinématique similaire à celle des insectes. L'estimation des phénomènes aéroélastiques en grands déplacements est réalisée à l'aide d'un modèle basé sur les éléments finis et une formulation analytique de l'aérodynamique. Une validation expérimentale est ensuite proposée.
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To achieve intra-building surveillance with autonomous, mobile and very discreet system, research is underway to develop nano air vehicles (or nano drones). It focuses on the understanding and imitation of flapping flight of insects and on miniaturization. This article describes the design and micro-fabrication of an artificial insect with resonant wings using microelectronics technologies. An electromagnetic actuator induces a bending / twisting motion of the wings corresponding to insect-like kinematics. Aero-elastic phenomena in large displacements are estimated using a model based on the finite elements method and on an analytical formulation of aerodynamics. An experimental validation is then proposed.
Auteur(s)
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Thomas VANNESTE : Ingénieur, Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie de Valenciennes (IEMN, UMR CNRS 8520), France
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Alexandre BONTEMPS : Ingénieur Sensefly, Cheseaux-Lausanne, Suisse
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Caroline SOYER : Maître de conférences à l'université de Valenciennes et du Hainaut Cambrésis, Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie de Valenciennes (IEMN, UMR CNRS 8520), France
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Jean-Bernard PAQUET : Ingénieur de recherche à l'Office national d'étude et de recherche aérospatiale, Lille, France
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Olivier THOMAS : Professeur des universités au Campus de Lille d'Arts et Métiers ParisTech et au Laboratoire des sciences de l'information et des systèmes (LSIS, UMR CNRS 7296), France
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Eric CATTAN : Professeur à l'université de Valenciennes et du Hainaut Cambrésis, Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie de Valenciennes (IEMN, UMR CNRS 8520), France
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Sébastien GRONDEL : Professeur à l'École nationale supérieure d'ingénieurs en informatique, automatique, mécanique, énergétique, électronique (ENSIAME), Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie de Valenciennes (IEMN, UMR CNRS 8520), France
INTRODUCTION
Domaine : Nanodrone
Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité
Technologies impliquées : Techniques de microfabrication utilisées pour réaliser des microsystèmes
Domaines d'application : Surveillance militaire ou civile intra-bâtiment
Autres acteurs dans le monde : Université de Harvard, Microrobotics Laboratory Prof. Robert Wood
Contact : [email protected]
L'expertise technique et scientifique de référence
DOI (Digital Object Identifier)
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Tests et résultats
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5. Approche OVMI
Au-delà des objectifs présentés dans les paragraphes précédents comme principaux critères de conception et de réalisation, la simplicité et le faible coût de la solution choisie sont des critères prépondérants.
En respectant ce cahier des charges, le prototype s'articule autour d'une structure monolithique comprenant les ailes, le thorax, le tergum, le support de bobine et les liaisons. Le thorax et le support de bobine font 5 mm de diamètre, l'envergure du prototype est de 2 cm et le tergum est une simple barre qui relie les deux ailes au travers d'une liaison souple au centre de laquelle vient se fixer un aimant de 1,5 ou 1 mm de diamètre. Cet aimant fait partie de l'actionneur électromagnétique utilisé pour exciter le prototype sur la fréquence propre des ailes. La bobine, qui complète ce dispositif et qui doit rester fixe, est collée au support de bobine, lui-même collé au thorax (figure 10). Au passage d'un courant alternatif dans la bobine, l'aimant est mis en mouvement par la force électromagnétique et entraîne la déformation des ailes. À l'heure actuelle, il manque encore un certain nombre de constituants pour pouvoir réaliser des vols autonomes comme par exemple la source d'énergie et le système de contrôle mentionnés précédemment.
Nous décrivons donc dans ce paragraphe les principales caractéristiques techniques de l'OVMI : dans un premier temps, les aspects liés au dimensionnement de l'actionnement, de la structure et des ailes seront abordés, puis dans un second temps la technologie de fabrication utilisée sera présentée en détail.
5.1 Conception et dimensionnement
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Approche OVMI
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GRASMEYER (J.), KEENNON (M.) - Development of the black widow micro air vehicle. - 39th Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Reno, NV, États-Unis, p. 1-9 (2001).
-
(2) - * - ProxDynamics http://www.proxdynamics.com/products/ Dernière consultation : 16/05/2015
-
(3) - BRUGGEMAN (B.) - Improving flight performance of DelFly II in hover by improving wing design and driving mechanism. - Delft Univ. Technol. M. Sc. thesis (2010).
-
(4) - * - AeroVironement Inc. http://www.avinc.com/ Dernière consultation : 16/05/2015
-
(5) - CHIRARATTANANON (P.), MA (K.Y.), WOOD (R.J.) - Adaptive control of a millimeter-scale flapping-wing robot. - Bioinspir. Biomim., 9, 025004 (2014).
-
(6) - KARPELSON (M.), WOOD (R.J.) - A review of actuation...
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