Fin novembre, une équipe de chercheurs de l'École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), en Suisse, avait présenté le LisRaptor, un drone volant capable de pivoter sur queue, à l’instar d’un faucon. Une deuxième équipe de l’EPFL vient de publier sur Nature la description d’un drone baptisé Raven (Robotic Avian-inspired Vehicle for multiple ENvironments). Ce drone intègre des jambes multifonctionnelles qui lui permettent de marcher, de franchir des obstacles et de sauter pour prendre son envol, comme le font de nombreux oiseaux dans la nature. Avec ce design inspiré de la biologie, les ingénieurs explorent de nouvelles solutions pour les drones évoluant sur des terrains complexes et combinant plusieurs modes de locomotion.
Une conception inspirée par la nature
Les oiseaux utilisent leurs pattes pour une variété de fonctions, notamment marcher, sauter par-dessus des obstacles ou encore prendre leur envol. Ces capacités ont inspiré les concepteurs du drone Raven, qui vise à reproduire ces mouvements tout en surmontant certains défis techniques liés à la robotique.
Le design des jambes de Raven s'inspire des articulations des hanches, des chevilles et des pieds des oiseaux, mais de manière simplifiée pour minimiser la complexité mécanique et le poids. Grâce à des simulations informatiques, les chercheurs ont calculé les mouvements et la vitesse nécessaires pour que Raven puisse décoller de manière stable et rapide. En combinant la poussée des jambes avec l'activation de l'hélice frontale, le drone atteint une vitesse de décollage de 2,40 mètres par seconde, comparable à celle d'oiseaux de masse similaire.
Un décollage plus efficace grâce aux sauts
Le principal avantage de Raven réside dans sa capacité à sauter avant de voler. Cette stratégie rend le décollage plus stable et plus efficace en termes d'énergie, comparé à un décollage sans saut. Les tests ont montré que Raven pouvait s’élever jusqu’à 40 centimètres de hauteur grâce à ses jambes, surmontant ainsi les obstacles au sol.
De plus, les jambes permettent au drone de se déplacer sur le sol avec agilité. Raven peut marcher sur un mètre en moins de quatre secondes, franchir des fossés de 12 centimètres et sauter sur des obstacles de 26 centimètres de haut.
Une conception biomécanique et légère
L'intégration des jambes au drone n’a pas été sans défis. Le poids supplémentaire, souvent un obstacle pour les drones volants, a été maîtrisé grâce à une conception inspirée des oiseaux, incluant des "ressorts" qui stockent et libèrent de l'énergie, ainsi que des orteils flexibles pour assurer la stabilité des mouvements. Avec un poids total de 620 grammes, dont 230 grammes dédiés aux jambes, Raven reste suffisamment léger pour combiner efficacement vol et marche.
L'équipe de recherche a également mis en évidence l'importance des orteils dans le maintien de l'équilibre. Sans eux, Raven perdrait sa stabilité au sol, risquant des chutes lors de ses déplacements.
Des perspectives pour des drones plus polyvalents
Raven ouvre la voie à de nouveaux types de drones capables de fonctionner dans des environnements variés. Les chercheurs envisagent d’optimiser encore son design en ajoutant des fonctionnalités telles que des ailes pliables pour passer dans des espaces étroits ou encore des capacités de perche, d’amerrissage ou même de capture d’objets.
À terme, ces avancées pourront permettre de développer des drones plus grands et plus performants, adaptés à des usages pratiques comme la livraison ou les interventions en milieux difficiles. Toutefois, les chercheurs soulignent que, comme dans la nature, il existe des limites physiques à l’échelle de ces systèmes. Par exemple, les grands oiseaux ne sautent généralement pas pour décoller et nécessitent des pistes ou des points élevés pour s’élancer.
Pour en savoir plus :
- Wong Dong Shin et al., Fast ground-to-air transition with avian-inspired multifunctional legs, Nature 2024
- IEEE Spectrum
- The Independent