Un petit robot insecte capable de voler et nager

Habituellement, quand vous trempez un minuscule robot volant dans l’eau vous obtenez un minuscule robot entrain de couler. Les ingénieurs à Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS) veulent changer cela avec RoboBee, qui a revendiqué le titre du premier robot insecte capable de nager tout comme voler.

Construire une machine qui peut fonctionner à la fois dans les airs et sous l’eau est un exercice de contradictions. Un fuselage d’avion doit être léger, tandis que la coque d’un sous-marin doit être robuste. Un avion doit être étroit, tandis qu’un sous-marin est meilleur quand il adopte la forme d’une baleine. Surtout, un avion à besoin d’ailes pour s’élever, tandis qu’un sous-marin doit être lisse pour réduire le frottement. Bien que divers ingénieurs ont travaillé pendant des décennies pour créer des sous-marins volants, les résultats ont toujours été quelque chose qui n’était ni un très bon avion, ni un très bon sous-marins.

Cependant, la nature a résolu le problème il y a des millions d’années avec les oiseaux de mer qui peuvent plonger sous l’eau et nager des distances considérables avant d’attraper un poisson pour le dîner. C’est vers ces exemples que l’équipe de SEAS s’est tournée pour l’inspiration – spécifiquement, vers les macareux, qui passe des airs à l’eau en adaptant le mouvement de ses ailes pour la propulsion d’eau. En utilisant des études théoriques, informatiques et expérimentales, l’étudiant de troisième cycle Kevin Chen a dit que l’équipe a pu décider que la seule différence majeure dans les deux modes de propulsion est la vitesse à laquelle les ailes se déplacent. C’était un changement si simple qu’ils se sont rendus compte que Harvard RoboBee avait en réalité le potentiel pour voler et nager.

Plus petit qu’un trombone, RoboBee pèse seulement 80 milligrammes et est fait de fines couches de fibre de carbone découpées au laser avec du plastique pour former un cadre et il utilise des actionneurs piézoélectriques pour battre des ailes à un rythme de 120 battements par seconde. Pour gagner du poids, la puissance provient d’une source externe au moyen d’une attache métallique.

Ironiquement, ce fut ce manque de poids qui a posé le premier obstacle pour l’équipe de SEAS. Robobee est si léger qu’il ne peut pas briser la tension superficielle de l’eau, de sorte que toute tentative d’atterrissage et plongée entraînerait le petit robot à se débattre au-dessus de l’eau comme un puceron piégé en attente qu’une truite affamée passe par ici. Pour résoudre ce problème, l’équipe a utilisé la solution quelque peu inélégante de fixer le RoboBee à un certain angle au-dessus de l’eau, couper l’alimentation, et le laisser s’effondrer avec suffisamment de force pour pénétrer et couler.

À ce stade, les modifications apportées à RoboBee et son bol d’eau expérimentale sont entrées en jeu. Depuis que le robot est alimenté électriquement, l’équipe a dû empêcher l’eau de le court circuiter. À des fins expérimentales, l’équipe a utilisé de l’eau déminéralisée ou de l’eau purifiée qui a eu tous ses ions minéraux enlevés. Contrairement à la croyance populaire, l’eau pure est un très mauvais conducteur d’électricité. Ce sont les ions minéraux dissous en elle qui portent effectivement le courant. En enlevant les ions, l’équipe a réduit les chances d’un court circuit. Pour améliorer encore les choses, RoboBee a en outre été isolé par le revêtement de ses connexions électriques avec de la colle.

Le problème suivant a été la densité. Puisque l’eau est près de 1000 fois plus dense que l’air, la vitesse des battements d’ailes a dû être réduite – comme les macareux – pour les empêcher de se briser net. Dans ce cas, réduire les 120 battements par seconde à neuf. Ceci a été effectué en modifiant l’angle des ailes. Le résultat est un robot volant qui ressemble à un insecte aquatique.

L’équipe explique que la prochaine étape dans le développement de RoboBee sera de trouver un moyen pour générer suffisamment de puissance en toute sécurité pour la transition du passage de l’eau à l’air pour compléter le cercle.

“Ce qui est vraiment intéressant dans cette recherche est que notre analyse de battement des ailes ne se limite pas à une certaine échelle», dit Chen. “Des insectes à l’échelle millimétriques jusqu’à des oiseaux et poissons atteignant le mètre, le système de battement couvre une large gamme de tailles. Cette stratégie a le potentiel pour être adaptée à de plus grandes créations robotiques aérienne-aquatiques.”

Les résultats de l’équipe SEAS ont été présentées dans un document à la International Conference on Intelligent Robots and Systems.

La vidéo montre le RoboBee en action dans l’eau.

Source : Gizmag via Harvard / Crédit Image : Harvard Microrobotics Lab/SEAS