Des « robobeilles » pour sauver l’agriculture ?

Modèle de micro-drone avec aile d’insecte Photo : Dr Shantanu Bhat et étudiants de l’Université d’Adélaïde.

Les ailes d’insectes inspirent une nouvelle génération de micro-drones. Des chercheurs étudient leurs propriétés uniques pour développer des engins volants miniatures aux capacités étonnantes. Cette recherche pourrait même aboutir à la création d’essaims de « robobeilles » capables de polliniser artificiellement les plantes.

Le vol du bourdon, défiant les théories aérodynamiques traditionnelles, et les structures alaires complexes de divers insectes offrent de précieuses leçons pour la conception de micro-drones de nouvelle génération. Ces minuscules créatures sont étudiées avec attention par les chercheurs en aéronautique.

Le Dr Shantanu Bhat, de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud à Canberra, mène des recherches de pointe sur l’aérodynamique des ailes d’insectes. Son objectif est d’identifier les designs les plus efficaces pour améliorer les capacités de vol des drones.

«Les micro-drones sont de petits engins volants robotisés ne mesurant que quelques centimètres de long», indique le Dr Bhat. «Ils pourraient être utilisés pour la surveillance, la surveillance météorologique, ou même pour répondre aux défis posés par le déclin de la population d’abeilles, avec la possibilité que des ‘robobeilles’ soient utilisées pour polliniser artificiellement les plantes.»

Des applications potentielles sur Mars

Les applications potentielles des micro-drones s’étendent au-delà de notre planète. Le Dr Bhat envisage leur utilisation dans l’exploration spatiale : «Un micro-drone pourrait également être utile pour voler dans l’atmosphère martienne à faible densité, explorer les conditions à sa surface et fournir une assistance aérienne aux rovers.»

Cependant, la réalisation de ces projets ambitieux se heurte à des obstacles techniques considérables. Le Dr Bhat souligne : «Le défi auquel nous sommes confrontés est que les insectes et les micro-drones connaissent un vol très instable en raison de leur petite taille. Lorsque la taille d’un objet volant diminue, sa capacité à maintenir une position stable ou un mouvement continu diminue également. En physique, nous appelons cela ‘l’inertie.»

Pour surmonter ce problème, une approche innovante est nécessaire. «En raison de leur inertie négligeable, les petits insectes et les micro-drones nécessitent un mécanisme d’ailes battantes rapide pour générer une portance supplémentaire et atteindre la stabilité», explique le chercheur.

Le Dr Shantanu Bhat, de l’UNSW Canberra, tenant un modèle de micro-drone de type insecte. Photo : Karthick Dhileep

Le paradoxe du bourdon : une source d’inspiration

Le vol du bourdon a longtemps intrigué les scientifiques. Selon la théorie aérodynamique traditionnelle, cet insecte ne devrait pas être capable de voler en raison de ses petites ailes et de son corps relativement grand. Pourtant, les bourdons volent, créant ce que l’on appelle le «paradoxe du bourdon».

Le Dr Bhat explique la différence fondamentale entre le vol des oiseaux et celui des insectes : «Alors que les oiseaux génèrent principalement de la portance pendant leur battement vers le bas, les insectes ont besoin d’une génération continue de portance pour stabiliser leur vol. Les insectes y parviennent en employant des mouvements de battement assez particuliers et différents.»

Le chercheur détaille le mécanisme complexe utilisé par les insectes : «Les insectes battent leurs ailes d’avant en arrière, en maintenant un grand angle d’aile. À chaque demi-battement, les ailes poussent l’air vers le bas, générant de la portance. À la fin de chaque demi-battement vers l’avant ou vers l’arrière, les ailes se retournent et font face vers l’arrière, de sorte qu’elles peuvent générer de la portance dans les deux demi-battements.»

Des ailes optimisées pour les micro-drones

En s’inspirant des ailes d’insectes, le Dr Bhat a identifié un design optimal pour les micro-drones. «Une aile trapue, à faible allongement, s’est révélée être le meilleur design pour un vol efficace d’un micro-drone», affirme-t-il. Pour les drones plus grands, mesurant quelques centimètres, une plus grande variété de designs d’ailes est possible tout en maintenant des performances similaires.

Le chercheur établit un parallèle avec la nature : «La nature reflète également une diversité similaire dans les formes d’ailes – les petits insectes comme les mouches des fruits ont des ailes courtes et trapues, tandis que les insectes plus grands comme les moustiques, les abeilles et les libellules présentent une plus large gamme d’allongements, allant d’ailes trapues à longues et fines.»

Malgré les progrès réalisés, les micro-drones à ailes battantes n’ont pas encore atteint le stade de la commercialisation. Le Dr Bhat conclut : «Ils sont facilement déstabilisés par des turbulences atmosphériques même mineures.»

Son prochain objectif est d’étudier les performances des ailes battantes dans des conditions turbulentes et de concevoir des stratégies pour atténuer les turbulences et contrôler le vol afin d’atteindre la stabilité.

Le chercheur explore également des applications innovantes : «Nous étudions l’application des ailes battantes aux robots amphibies, leur permettant de nager sous l’eau et de décoller dans les airs une fois à la surface.»

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