Pour faire voler des drones autour d'obstacles compliqués dans l'obscurité, Les chercheurs de l'Université de Cincinnati se tournent vers les pros.

Les chauves-souris ont évolué pour utiliser le son et l'écholocation pour naviguer et trouver de la nourriture. Leur sonar est si vif, En réalité, que les chauves-souris qui aiment le nectar peuvent "repérer" leurs fleurs préférées dans l'obscurité totale en utilisant uniquement le son.

Aujourd'hui, les chercheurs du College of Engineering and Applied Science de l'UC exploitent cette superpuissance pour améliorer la navigation et l'autonomie des drones.

Les drones peuvent être pilotés manuellement en ligne de mire, caméras vidéo, satellites de positionnement global et radar laser appelé LIDAR. Depuis des années, UC développe des drones autonomes qui reposent sur la logique floue et d'autres formes d'intelligence artificielle.

Mais le dernier projet de drone UC ajoute une autre couche de navigation :le son. Dieter Vanderelst, professeur à l'UC et expert en chauves-souris, souhaite donner aux drones de toutes sortes la capacité supplémentaire d'observer et d'éviter les obstacles grâce à l'écholocation.

Les chercheurs ont déclaré que cela était particulièrement utile dans les situations où les systèmes LIDAR et satellites sont moins fiables, comme les conditions de fumée ou de poussière dans les bâtiments ou les tunnels.

« Le problème est difficile car à l'intérieur d'un bâtiment, vous avez des obstacles dans un environnement très encombré, " a déclaré Manish Kumar, Professeur agrégé de génie aérospatial à l'UC. "Le véhicule aérien sans pilote peut naviguer dans des conditions de fumée ou de poussière à l'aide d'un sonar."

Vanderelst est particulièrement qualifié pour résoudre ce problème. Il s'est spécialisé en biologie et a étudié les chauves-souris et leur mode de navigation dans le désert rocheux du Néguev en Israël. Il partage son temps entre le collège d'ingénieurs et les départements de psychologie et de biologie du McMicken College of Arts and Sciences de l'UC.

"Il existe des centaines d'espèces de chauves-souris et elles ont toutes des cris très différents à des fréquences différentes, " dit Vanderelst.

Les chauves-souris à nez de feuille utilisent leurs appendices de forme irrégulière pour amplifier et focaliser le son à une fréquence constante. D'autres chauves-souris créent une symphonie de bavardages, ce qui leur permet de trouver des fruits ou des fleurs par le son.

"Intuitivement, on pourrait penser qu'une fleur est facile à trouver car elle est colorée et se détache du vert de la forêt. Mais la couleur ne veut rien dire la nuit, " a déclaré Vanderelst. " Leur capacité à scanner les feuilles pour trouver des fleurs est soit incroyable, soit il nous manque quelque chose qui facilite les choses. Nous le voyons peut-être du mauvais point de vue."

Alors que notre vision binoculaire nous offre une vue panoramique à 210 degrés, Vanderelst a déclaré que les chauves-souris ont un champ de détection beaucoup plus étroit en utilisant un faisceau sonore qui s'étend sur moins de 60 degrés.

"C'est comme s'ils agitaient une lampe de poche devant eux pour trouver une proie dans le noir, " dit Vanderelst.

Les chauves-souris sont expertes dans ce domaine. En plus d'attraper de la nourriture à la volée, les chauves-souris peuvent trouver des insectes et des grenouilles qui se cachent immobiles sur les feuilles.

Pour comprendre comment il pourrait traduire les compétences des chauves-souris en un drone informatique, Vanderelst a commencé dans son laboratoire UC. Il a construit un robot.

« Je suis intéressé par la façon dont les chauves-souris utilisent activement le sonar pour se déplacer dans le monde, " a déclaré Vanderelst. " J'espère convaincre les gens que nous pouvons utiliser l'écholocation sur de très petits drones. "

Vanderelst a conçu son système de capteurs en s'inspirant de la nature. D'abord, il a utilisé une imprimante 3D pour rendre les têtes de minuscules chauves-souris à nez de feuille comme guide de référence. Les microphones de son robot imitent la forme et le contour des oreilles de chauve-souris, placé légèrement décalé sur le cadre du robot de la même manière que les oreilles d'une chouette effraie sont asymétriques sur son crâne. Cela aide les chasseurs de nuit à repérer leurs proies dans l'obscurité totale en utilisant uniquement le son.

La taille d'un Yorkshire terrier, le robot rouge à trois roues dispose d'un ensemble de haut-parleurs et de microphones à ultrasons qui peuvent émettre des tonalités ou des impulsions sonores et des capteurs pour détecter la réflexion ou l'écho. Tout comme il n'y a pas deux espèces d'oiseaux qui se ressemblent, les chauves-souris émettent également des gazouillis de fréquences et de durées uniques.

Les gazouillis de chauve-souris du robot vont de 25 à 75 kilohertz, mais Vanderelst a déclaré que 50 est le point idéal. Pour capturer la capacité d'écholocation des chauves-souris, un drone devra être presque aussi acrobatique.

"Une chauve-souris tourne la tête la première pour regarder où elle veut voler et son corps suit derrière, " a déclaré Vanderelst. " Les chauves-souris changent constamment l'objectif de ce qu'elles regardent, mon robot doit donc être capable de se diriger là où il regarde pour pouvoir faire de même."

Vanderelst a déclaré que les leçons qu'il a apprises en faisant naviguer un robot de manière indépendante en deux dimensions au sol se traduiront par un drone opérant dans un espace tridimensionnel. Il imagine un drone dressant ses « oreilles » indépendamment les unes des autres pour naviguer avec précision dans des espaces restreints comme le font les chauves-souris.

« Piloter un drone est une compétence très technique. L'opérateur doit se concentrer très fort pour ne rien percuter, " dit Vanderelst. " Et si les caméras du drone tombent en panne parce qu'il fait sombre ou poussiéreux, ce serait formidable d'avoir un pilote automatique qui vous éloigne des obstacles en utilisant l'écholocation."

Le projet a attiré l'attention du département américain de la Sécurité intérieure, qui s'intéresse à l'exploration d'applications, a déclaré Kumar de l'UC.

Kumar envisage un drone capable de voler de manière autonome dans une zone inconnue tout en scannant et en cartographiant les limites de l'espace 3D à l'usage d'observateurs humains distants. Cela serait précieux pour les équipes SWAT ou les secouristes dans des situations où l'envoi d'une personne pour explorer un endroit pourrait mettre des vies en danger.

"C'est là que le drone inspiré des chauves-souris de Dieter va nous aider, ", a déclaré Kumar.