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RÉSUMÉ
Aujourd’hui, les insectes volants sont perçus comme étant de véritables aéronefs minuscules et agiles, équipés d’un cerveau parcimonieux, capables de naviguer à vue en environnements imprévisibles. Comprendre leur fonctionnement permettrait de résoudre les différentes problématiques inhérentes à la miniaturisation des drones. Robotiser un drone d’environ 1 kg est envisageable en miniaturisant l’avionique existante, mais au détriment de leur autonomie en vol. En revanche, robotiser un drone d’environ 1 à 100 g nécessite une démarche innovante s’inspirant des insectes volants sur le plan de leur système de propulsion basé sur des ailes battantes, ou de leur système sensorimoteur basé principalement sur la vision pour se stabiliser, s’orienter, naviguer, ou pour voir et éviter les obstacles.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Julien SERRES : Maître de conférences, Aix-Marseille Université, Aix Marseille Univ, CNRS, ISM, Marseille, France
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Stéphane VIOLLET : Directeur de recherche CNRS Aix Marseille Univ, CNRS, ISM, Marseille, France
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Franck RUFFIER : Chargé de recherche CNRS Aix Marseille Univ, CNRS, ISM, Marseille, France
INTRODUCTION
Les techniques dites « bio-inspirées » pour le pilotage de robots n’en sont pour l’instant qu’à leurs balbutiements. Ce n’est pourtant pas faute de modèles que l’on pourrait fort bien suivre. Tous les problèmes difficiles de la robotique aérienne autonome, tels que le contrôle d’attitude, le décollage automatique, l’atterrissage automatique, l’appontage automatique, le camouflage dynamique, ou encore la poursuite et la capture d’intrus, ont été résolus par la Nature voici plusieurs centaines de millions d’années. Les nombreuses expériences d’éthologie menées depuis 80 ans, notamment sur les insectes ailés, nous révèlent des idées originales, largement éprouvées et optimisées en termes de choix de modalités sensorielles, de méthodes de fusion multisensorielle et de complexité calculatoire adaptée aux ressources embarquées.
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Capteurs bio-inspirés pour les microdrones
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1. Typologie des microdrones
Nous décrivons dans cette partie quelques-unes des plates-formes aériennes qui ont été utilisées pour robotiser des micro-aéronefs. Un micro-aéronef (ou microdrone) peut être défini comme un engin volant autonome dont l’envergure est inférieure à 0,15 m, la masse est inférieure à 100 g, et dont l’autonomie de vol serait d’au moins 15 min. Face à de telles contraintes, de nombreux laboratoires de recherche académiques développent actuellement des plates-formes aériennes originales (mais de taille généralement beaucoup plus grande, et surtout plus lourde) pour explorer les possibilités de robotisation des microdrones. En effet, les connaissances acquises sur les aéronefs grandeur nature et les drones actuels ne sont pas immédiatement transposables sur des engins volants ultraminiaturisés.
1.1 L’aéroglisseur : un véhicule quasi aérien
De nombreuses plates-formes de type aéroglisseurs ont été récemment développées dans le but de se rapprocher des conditions de vol des microdrones dans le plan horizontal (figure 1). En effet, l’aéroglisseur est seulement doté de 3 degrés de liberté du plan horizontal, contre 6 pour un micro-aéronef en vol libre. Travailler sur un aéroglisseur permet donc de s’affranchir simulanément des contraintes d’une stabilisation en attitude mais aussi d’une stabilisation en altitude pour mieux se concentrer sur les problématiques de contrôle de la vitesse d’avance et d’évitement d’obstacles latéraux. Deux types d’aéroglisseurs ont été utilisés, soit ceux équipés d’un coussin d’air, leur permettant ainsi de voler à 2 mm au-dessus du sol (figures 1 a et 1 b ), soit ceux équipés de patins ou billes en contact avec le sol pour pouvoir glisser sur une surface parfaitement plane (figures 1 c et 1 d ).
Pour développer des algorithmes de guidage dans le plan horizontal, l’Institut de technologie de Californie (CALTECH) a conçu plusieurs aéroglisseurs depuis le début des années 2000. La toute première version nommée MVWT-I (pour Multi-Vehicle Wireless Testbed, Mark ...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - JIN (Z.), WAYDO (S.), WILDANGER (E.B.), LAMMERS (M.), SCHOLZE (H.), FOLEY (P.) et al - MVWT-II : the second generation caltech multi-vehicle wireless test-bed. - In : American Control Conference. Proceedings of the 2004, vol. 6, IEEE, p. 5321-5326 (2004).
-
(2) - ROUBIEU (F.L.), SERRES (J.R.), COLONNIER (F.), FRANCESCHINI (N.), VIOLLET (S.), RUFFIER (F.) - A biomimetic vision-based hovercraft accounts for bees’ complex behaviour in various corridors. The following video shows the LORA robot visually guiding itself in various tunnels. - Bioinspiration and biomimetics. 9(3), 036003 (2014) http://www. dailymotion. com/embed/video/xuggrs
-
(3) - IBADIA (S.B.), BERNARDET (U.), VERSCHURE (P.F.) - Non-linear neuronal responses as an emergent property of afferent networks : a case study of the locust lobula giant movement detector. - PLoS Comput Biol., 6(3), e1000701 (2010).
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(4) - FULLER (S.B.), MURRAY (R.M.) - A hovercraft robot that uses insect-inspired visual autocorrelation for motion control in a corridor. - In : Robotics and Biomimetics (ROBIO), 2011 IEEE International Conference on. IEEE, p. 1474-1481 (2011).
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