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
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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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Contexte
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7. Conclusion et perspectives
Les nanodrones à ailes vibrantes ont aujourd'hui atteint une certaine maturité au niveau du processus de fabrication et de la modélisation aéroélastique. En outre, ce prototype est a priori le premier de la taille d'un insecte capable de créer de la portance à l'aide d'une torsion passive et ce, sans aucune articulation. Les objectifs futurs sont, d'une part, de produire des portances suffisantes pour le vol, d'autre part, de concevoir et de mettre en œuvre les fonctionnalités électroniques nécessaires pour un contrôle à distance.
Ces nouveaux travaux incluent d'abord l'utilisation des outils de modélisation et des moyens expérimentaux développés précédemment afin d'optimiser la structure et l'actionnement électromagnétique en termes de poids et de consommation d'énergie.
Puis le but sera d'obtenir la cinématique optimale nécessaire au vol de l'insecte artificiel. L'outil aéroélastique aidera à déterminer la géométrie d'aile la mieux adaptée et des expériences viendront compléter les prédictions numériques.
La recherche portera ensuite sur le choix et la minimisation des composants électroniques tels que des microcontrôleurs et des accéléromètres ou des gyroscopes afin de permettre la manœuvrabilité du nanodrone et un jour sans doute le contournement d'obstacles. Les caractéristiques électroniques telles que les commandes de vol et de détection d'altitude seront d'abord validées sur des prototypes d'échelle centimétrique et l'approche adoptée sera de fabriquer une puce intégrant tous ces composants. De plus, les sources d'énergie nécessaires pour alimenter ces composants seront identifiées.
Enfin, l'étude portera sur l'analyse de scénarios de communication pour les réseaux de capteurs sans fil mobiles conformes aux caractéristiques et contraintes des capteurs du nanodrone : c'est-à-dire soit pour des capteurs dont la position dans l'espace peut être contrôlée, et qui peuvent potentiellement agir sur leur environnement, soit pour des capteurs avec très peu de ressource énergétique et de faible encombrement.
En conclusion, la capacité des insectes au vol stationnaire, associée à une transition rapide vers l'avant, constitue une plate-forme idéale pour la surveillance, la recherche et le sauvetage d'individus. Par ailleurs, la compréhension du vol battu et le contrôle des matériaux avec de fortes déformations peuvent avoir des retombées importantes dans les domaines des microsystèmes et...
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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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