Demain, des drones d’une taille de guêpe
Une équipe du Toyota Central R&D Labs a récemment créé un robot aérien de la taille d’un insecte. Alimenté par une technologie de radiofréquence sans fil, ce drone d’un nouveau genre est munis d’écailles et dispose d’ailes battantes
Les drones de petite taille sont généralement confrontés à une durée de fonctionnement très limitée en raison de leur source d’alimentation. L’étude du Toyota Central R&D Labs, menée par le roboticien Takashi Ozaki, a donc exploré les différentes voies permettant de surmonter cette limitation. Selon le chercheur, “l’alimentation électrique sans contact à ondes électromagnétiques s’applique déjà à divers produits. Mais on ne savait pas dans quelle mesure elle pouvait s’appliquer aux petits robots volants”. Leur solution, présentée dans un article publié dans Nature Electronics, se base ainsi sur un récepteur de puissance radiofréquence avec une densité puissance/poids remarquable de 4 900 W kg-1
L’objectif principal de l’étude d’Ozaki et de ses collègues consistait à alimenter un robot volant de la taille d’un insecte à l’aide d’une technologie de charge sans contact et sans fil. Le robot embarque ainsi un actionneur piézoélectrique battant et alimenté par une antenne dipôle de 5 GHz.
Un rapport puissance/poids comparable aux insectes volants
“L’une des principales caractéristiques de notre robot est un actionnement de battement très efficace”, assure le roboticien. Les chercheurs ont obtenu ce résultat à l’aide d’un matériau piézoélectrique monocristallin haute puissance et d’une disposition à faible perte avec deux ailes se faisant face, faisant l’effet “de mains qui frappent”. Cette conception permet ainsi un rapport puissance/poids comparable à celui des insectes vivants.
Le défi rencontré par les ingénieurs souhaitant créer des drones miniatures réside dans l’emballement thermique causé par les pertes de puissance. Pour surmonter ce challenge, les chercheurs ont optimisé la conception du circuit de leur robot. Leur méthode : veiller à ce que les composants générant de la chaleur restent à distance les uns à des autres.
Des drones sans batterie et sans fil
L’équipe a également utilisé un récepteur de puissance radiofréquence avec une densité puissance/poids nettement supérieure à celle des batteries lithium-polymère du commerce à masse similaire. Cela a considérablement amélioré l’efficacité et la durée de fonctionnement du robot. “Je pense que notre découverte la plus importante est qu’un circuit de sous-gramme peut recevoir et gérer une puissance élevée. Celle-ci peut être de plus de 1 W à distance via une onde RF”, a déclaré Takashi Ozaki.
Cette réalisation suggère que non seulement les robots volants, mais aussi diverses autres applications nécessitant une grande puissance dans une petite taille peuvent fonctionner sans batteries. Pour évaluer l’efficacité de leur conception, Ozaki et ses collègues ont réalisé une série d’expériences. Lors des tests, ils ont réussi à faire décoller le robot-insecte de manière fluide et sans alimentation filaire.
Des drones 25 fois plus léger que les micro-véhicules actuels
Le robot créé par cette équipe de chercheurs ne pèse que 1,8 g. Il est donc plus de 25 fois plus léger que les autres micro-véhicules alimentés par radiofréquence développés dans le passé. À l’avenir, il pourrait ainsi s’avérer très précieux pour la conduite de missions complexes impliquant de pénétrer dans des fissures, des canalisations ou d’autres espaces très confinés.
“Dans cet article, nous avons réussi à assurer le décollage”, a déclaré Ozaki. “La prochaine étape consiste à combiner cette technologie d’alimentation avec le contrôle d’attitude. Ainsi le robot pourra voler et se déplacer librement dans les airs”. Et de conclure : “nous pensons que cela est techniquement possible. De fait, nous avons déjà réussi à contrôler l’attitude du robot avec une alimentation filaire.”
(c) Ozai et AI
