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Décryptage

Matériaux, conception : les drones de plus en plus bio-inspirés

Posté le par Pierre Thouverez dans Innovations sectorielles

Le secteur aéronautique s'inspire depuis longtemps de la nature pour innover. Gros plan sur le cas des drones : matériaux, aérodynamisme, autonomie, adaptation en temps réel... Les usages diverses de ces appareils sont une aubaine pour le développement de solutions bio-inspirées.

Les drones ont fait la preuve de leur utilité dans plusieurs secteurs d’activité. D’abord développés par les militaires, ils ont ensuite trouvé des débouchés dans l’industrie, les services, l’agriculture, les loisirs. De même que pour les autres engins volants, la bioinspiration permet d’améliorer les paramètres de performance : poids, autonomie, capacité à transporter des charges… Voyons quelques exemples. 

L’encombrement spatial d’un drone peut être un inconvénient majeur, surtout si la mission du drone est de se faufiler dans des espaces contigus, étroits. Le drone Quad-Morphing  mis au point par le CNRS a la particularité d’avoir des ailettes rétractables, qui lui permettent de changer d’envergure. Innovation inspirée de la perruche, qui est capable de replier ses ailes en plein vol, ce drone peut aligner ses quatre rotors, passant ainsi d’une envergure de 26 à 13 cm en moins de 0,2 seconde.

Pratique pour trouver son chemin entre des murs très étroits par exemple. In fine, il s’agit pour les ingénieurs de développer un guidage autonome pour que le drone puisse lui-même évaluer la nécessité de réduire son envergure, selon les obstacles qui se présentent à lui.

 

Des matériaux bio-inspirés pour le transport de charges

Amazon avait fait sensation il y a quelques années en dévoilant vouloir généraliser le transport et la livraison de ses colis par drone. Nous n’en sommes pas encore là, mais l’idée progresse. En témoigne les drones FlyCroTugs. Ces modèles de drones, de très petite taille, sont inspirés des capacités de la guêpe, qui est capable de transporter plus de 40 fois son poids. En effet, quand une guêpe se retrouve à devoir transporter une charge trop lourde pour elle, elle décide de la tirer en la traînant au sol. C’est ce qui a inspiré les chercheurs de l’université de Stanford, pour développer un drone minuscule et très léger (une centaine de grammes) capable de tirer des charges beaucoup plus lourdes que lui, via une forme de treuil relié à un câble. Mais la bioinspiration, dans ce cas, ne s’arrête pas là. Pour assurer l’ancrage du drone sur une surface, les chercheurs se sont inspirés en partie… des pattes du gecko, pour créer un adhésif suffisamment efficace. Ce sont ainsi 32 micro-pointes en forme d’hameçon qui permettent au dispositif de s’ancrer dans les aspérités de la surface sur laquelle il veut se poser dans le cas de surfaces rugueuses. Dans le cas de surfaces planes – comme des vitres – un second modèle a été développé, à base d’interaction électrique moléculaire, qui assure un maintien suffisant, sans l’aide d’un adhésif. 

S’inspirer de la nature pour économiser de l’énergie

Chaque année, deux écoles d’ingénieurs, l’ISAE-Supagro et l’ENAC, organisent une rencontre au cours de laquelle les deux écoles s’affrontent – en toute camaraderie – sur un thème autour de l’innovation aéronautique. En 2019 cette rencontre avait pour thème les drones. L’occasion de découvrir des prototypes innovants et en l’occurrence bio-inspirés. 

Une des finalités de cette bio-inspiration est de développer des drones consommant moins d’énergie lors de leurs vols, mais aussi de récupérer de l’énergie pendant le vol.

Prenons l’exemple d’un prototype présenté lors de ce concours comme un drone à extraction d’énergie. Ce dernier reproduit la technique de vol des oiseaux, en utilisant la force issue des variations de pression – liées au vent – autour du drone. Concrètement, les ailes du drone, bardées de capteurs, mesurent la pression atmosphérique sur les ailes pour les orienter de façon à profiter des rafales et économiser de l’énergie. Selon les chercheurs, il serait possible via cette technique d’améliorer l’autonomie des drones de 45 %. Seul bémol, ces améliorations ne sont envisageables que pour des appareils relativement petits, et sûrement pas pour un avion, puisque les ajustements perpétuels de trajectoires rendraient le vol très désagréable.

Par P.T

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Posté le par Pierre Thouverez


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