Un drone en fibres de verre qui vole (presque) comme un oiseau


Ce drone bio‐inspiré peut déployer ou replier ses ailes en vol, ce qui le rend plus maniable et lui permet d’affronter les vents.

Comment les oiseaux font‐ils pour virer de bord, prendre de la vitesse ou supporter des vents contraires ? Ils changent la configuration de leurs ailes. Pour virer, par exemple, ils étendent l’une de leurs ailes tandis qu’ils rétractent légèrement l’autre. En modifiant l’envergure, ils créent un déséquilibre calculé qui les fait tourner. Jusqu’à présent ce niveau de performance était leur prérogative.

En observant les oiseaux, des chercheurs du Laboratoire de systèmes intelligents ont eu l’idée de construire un drone ailé capable de modifier son envergure, de voler à très grande vitesse, de manoeuvrer dans des espaces restreints, tout en limitant sa consommation énergétique. Le résultat de leurs travaux vient d’être publié dans la revue Interface Focus éditée par the Royal Society.

L’équipe de Dario Floreano a développé ce drone bio‐inspiré pour qu’il puisse faire face à des exigences aérodynamiques variées. Il devait être capable de voler entre les obstacles, de virer serré et montrer une forte résistance au vent. En modifiant sa géométrie en vol, le drone répond à tous ces critères. Son adaptabilité pourrait être particulièrement avantageuse en milieu urbain, où les vents changent rapidement.

Sa partie mobile se trouve à l’extérieur des ailes et correspond aux rémiges primaires de l’oiseau – les grandes plumes situées aux extrémités des ailes.

Plumes du drone

« Les oiseaux transforment radicalement la taille et la forme de leurs ailes, car ils sont composés d’un squelette articulé, contrôlé par les muscles et recouvert de plumes qui peuvent se chevaucher pendant le pliage, nous nous en sommes inspirés », explique Matteo di Luca.

Doté lui aussi de plumes, le drone peut les replier et les faire se superposer comme un éventail.

L’un des nombreux défis a résidé dans la complexité de conception et de fabrication des mécanismes de morphing.

« Il est extrêmement difficile de trouver le bon équilibre entre l’efficacité aérodynamique et le poids de l’appareil », précise Stefano Mintchev.

L’aile est largement composée de matériaux composites afin de maximiser la résistance tout en réduisant le poids global du drone. Les plumes sont fabriquées en composites à base de fibres de verre, et protégées d’un tissu nylon. L’armature est en fibres de carbone.

Les voilures capables de s’adapter à l’environnement et aux conditions atmosphériques est un sujet qui intéresse depuis longtemps le secteur aéronautique. Les ingénieurs recherchent encore la solution idéale qui pourra remplacer les ailes et ailerons rigides des avions. Pour Dario Floreano, directeur du Laboratoire, ce travail est prometteur :

« Grâce à notre projet d’ailes pliables, nous avons découvert que nous n’avions pas besoin d’ailerons pour aider notre drone à tourner. En changeant son envergure et sa superficie en vol, nous le faisons virer automatiquement ».

Sources :
« A drone that flies (almost) like a bird », Sandy Evangelista, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, 16 décembre 2016.
« This Fiberglass Drone Almost Flies Like an Actual Bird », Evan Milberg, Composites Manufacturing Magazine, 27 décembre 2017

Publication : Di Luca M, Mintchev S, Heitz G, Noca F, Floreano D. 2017
Bioinspired morphing wings for extended flight envelope and roll control of small drones. Interface Focus 7 : 20160092.


A propos de Magalie Castaing

Après 10 ans d’ingénierie mécanique dans le secteur de la défense, j’ai créé une entreprise de développement web : Kasutan. Le Journal du composite est l’intersection de mes différents métiers : ingénierie, langues et internet.