RoboFly, le premier robot volant sans fil de la taille d'un insecte, est légèrement plus lourd qu'un cure-dent. Crédit :Mark Stone/Université de Washington
Des robots volants de la taille d'un insecte pourraient aider à effectuer des tâches fastidieuses, comme surveiller la croissance des cultures dans les grandes fermes ou détecter les fuites de gaz. Ces robots planent en battant de minuscules ailes parce qu'ils sont trop petits pour utiliser des hélices, comme ceux vus sur leurs plus grands cousins drones. La petite taille est avantageuse :ces robots sont peu coûteux à fabriquer et peuvent facilement se glisser dans des endroits étroits inaccessibles aux gros drones.
Mais les robots-insectes volants actuels sont toujours attachés au sol. L'électronique dont ils ont besoin pour alimenter et contrôler leurs ailes est trop lourde pour être transportée par ces robots miniatures.
Maintenant, ingénieurs de l'Université de Washington ont pour la première fois coupé le cordon et ajouté un cerveau, permettant à leur RoboFly de prendre ses premiers volets indépendants. Cela pourrait être un petit rabat pour un robot, mais c'est un pas de géant pour les robots. L'équipe présentera ses conclusions le 23 mai lors de la Conférence internationale sur la robotique et l'automatisation à Brisbane, Australie.
RoboFly est légèrement plus lourd qu'un cure-dent et est alimenté par un faisceau laser. Il utilise un petit circuit embarqué qui convertit l'énergie laser en suffisamment d'électricité pour faire fonctionner ses ailes.
"Avant maintenant, le concept de robots volants sans fil de la taille d'un insecte était de la science-fiction. Serions-nous jamais en mesure de les faire fonctionner sans avoir besoin d'un câble ?", a déclaré le co-auteur Sawyer Fuller, professeur adjoint au département de génie mécanique de l'UW. "Notre nouveau RoboFly sans fil montre qu'ils sont beaucoup plus proches de la vraie vie."
Le défi technique est le battement. Le battement des ailes est un processus gourmand en énergie, et la source d'alimentation et le contrôleur qui dirige les ailes sont trop gros et encombrants pour monter à bord d'un petit robot. Donc le précédent robo-insecte de Fuller, le RoboBee, avait une laisse - il était alimenté et contrôlé par des fils du sol.
Mais un robot volant devrait pouvoir fonctionner tout seul. Fuller et son équipe ont décidé d'utiliser un faisceau laser invisible étroit pour alimenter leur robot. Ils ont pointé le faisceau laser sur une cellule photovoltaïque, qui est attaché au-dessus de RoboFly et convertit la lumière laser en électricité.
"C'était le moyen le plus efficace de transmettre rapidement beaucoup de puissance à RoboFly sans ajouter beaucoup de poids, " a déclaré le co-auteur Shyam Gollakota, professeur agrégé à la Paul G. Allen School of Computer Science &Engineering de l'UW.
Toujours, le laser seul ne fournit pas assez de tension pour déplacer les ailes. C'est pourquoi l'équipe a conçu un circuit qui a augmenté les sept volts sortant de la cellule photovoltaïque jusqu'aux 240 volts nécessaires au vol.
Pour alimenter RoboFly, les ingénieurs ont pointé un faisceau laser invisible (représenté ici en laser rouge) vers une cellule photovoltaïque, qui est fixé au-dessus du robot et convertit la lumière laser en électricité. Crédit :Mark Stone/Université de Washington
Pour donner à RoboFly le contrôle de ses propres ailes, les ingénieurs ont fourni un cerveau :ils ont ajouté un microcontrôleur au même circuit.
"Le microcontrôleur agit comme un vrai cerveau de mouche indiquant aux muscles des ailes quand tirer, " a déclaré le co-auteur Vikram Iyer, doctorant au département de génie électrique de l'UW. "Sur RoboFly, il dit aux ailes des choses comme « battez fort maintenant » ou « ne battez pas. »
Spécifiquement, le contrôleur envoie une tension par ondes pour imiter le battement d'ailes d'un véritable insecte.
"Il utilise des impulsions pour façonner la vague, " dit Johannes James, l'auteur principal et un doctorant en génie mécanique. "Pour que les ailes battent rapidement en avant, il envoie une série d'impulsions en succession rapide, puis ralentit les impulsions à mesure que vous vous approchez du sommet de la vague. Et puis il le fait à l'envers pour que les ailes battent doucement dans l'autre sens. »
Pour rendre RoboFly sans fil, les ingénieurs ont conçu un circuit flexible (jaune) avec un convertisseur boost (bobine de cuivre et boîtes noires à gauche) qui amplifie les sept volts provenant de la cellule photovoltaïque dans les 240 volts nécessaires au vol. Ce circuit possède également un cerveau de microcontrôleur (boîte carrée noire en haut à droite) qui permet à RoboFly de contrôler ses ailes. Crédit :Mark Stone/Université de Washington
Pour l'instant, RoboFly ne peut que décoller et atterrir. Une fois sa cellule photovoltaïque hors de vue directe du laser, le robot manque de puissance et atterrit. Mais l'équipe espère bientôt pouvoir diriger le laser afin que RoboFly puisse survoler et voler.
Alors que RoboFly est actuellement alimenté par un faisceau laser, les versions futures pourraient utiliser de minuscules piles ou récupérer de l'énergie à partir de signaux radiofréquences, dit Gollakota. De cette façon, leur source d'alimentation peut être modifiée pour des tâches spécifiques.
Les futurs RoboFlies peuvent également s'attendre à des cerveaux et des systèmes de capteurs plus avancés qui aident les robots à naviguer et à effectuer des tâches par eux-mêmes, dit Fuller.
"J'aimerais vraiment en faire un qui trouve les fuites de méthane, " dit-il. " Vous pourriez en acheter une valise pleine, Ouvrez-le, et ils voleraient autour de votre bâtiment à la recherche de panaches de gaz sortant de tuyaux qui fuient. Si ces robots peuvent faciliter la recherche de fuites, ils seront beaucoup plus susceptibles d'être rafistolés, qui réduira les émissions de gaz à effet de serre. Ceci est inspiré par de vraies mouches, qui sont vraiment doués pour voler à la recherche de choses malodorantes. Nous pensons donc que c'est une bonne application pour notre RoboFly."
