Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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
-
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
-
Jean-Bernard PAQUET : Ingénieur de recherche à l'Office national d'étude et de recherche aérospatiale, Lille, France
-
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
-
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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Présentation
De l'insecte volant aux nanodrones
En anglais
1. Contexte
Les chercheurs qui travaillent à recréer artificiellement le vol stationnaire de l'insecte n'ont pas encore réalisé de prototypes à ailes vibrantes qui soient capables de voler de façon autonome. Le défi est donc de reproduire la cinématique des ailes des insectes à l'aide d'un robot et de générer une force de portance suffisante pour lui permettre de s'envoler. Une envergure de quelques centimètres et une masse de quelques dizaines de milligrammes sont visées. Cet objectif peut être atteint en utilisant les technologies de microfabrication dédiées habituellement à la réalisation de microsystèmes. L'objet volant mimant l'insecte (OVMI) sera alors classé dans la catégorie des nanodrones télécommandés susceptibles d'emporter une charge utile et d'effectuer des missions de reconnaissance en milieu confiné.
Cette problématique nécessite la résolution de nombreux défis scientifiques et technologiques. Dans ce but, une équipe composée de chercheurs de l'IEMN, de l'ONERA, de l'ENSAM et de l'ENSIAME a été mise en place et a permis la réalisation de travaux sur :
-
la conception d'une structure polymère micro-usinée avec un corps et des ailes ;
-
l'intégration de microactionneurs électromagnétiques pour l'actionnement des ailes ;
-
la cinématique et l'aérodynamique autour du nanodrone.
Cet article a pour vocation de retracer les avancées de cette recherche, de montrer les potentialités et de présenter les perspectives à court terme.
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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).
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(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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