Things that Fly

Ce qui m’intéresse particulièrement, c’est la capacité des organismes vivants à utiliser des mécanismes économes et adaptatifs. Je me tourne donc vers la nature comme source d’inspiration, pour trouver de nouvelles ou meilleures réponses aux problèmes complexes de la robotique.

Prof. Dario Floreano, EPFL
Exposition EPFL - Things that Fly
Des drones bio-inspirés
Drone with insect-inspired vision – Laboratory of Intelligent Systems, EPFL

Les insectes volants sont dotés d’une vision « grand angle », constituée de centaines de petits yeux pointant dans différentes directions. Ce modèle, développé en 2006, est l’un des tous premiers développés par le laboratoire des systèmes intelligents de l’EPFL.

Il est à l’origine d’une famille de drone équipés de différentes micro-caméras imitant la vision « multi-yeux » des insectes volants, afin de leur permettre d’éviter les obstacles et de maintenir leur altitude. Les signaux visuels ont été compilés à l’aide d’un réseau neuronal inspiré des insectes, et combiné avec les données des capteurs de pression, de vitesse et d’altitude, leur permettant de voler de manière autonome.

Cette technologie est aujourd’hui développée par la société SenseFly, créée à l’EPFL.

Collision-resilient drone (Gimball) – Laboratory of Intelligent Systems, EPFL

Quelle que soit la qualité de la vision d’un drone, les collisions sont inévitables. Cependant on observe chez les insectes une grande résistance aux chocs grâce à leur exosquelette flexible: s’ils tombent au sol, ils peuvent ainsi se redresser avec leurs ailes et leurs pattes et reprendre leur vol.

Fort de ce constat, l’équipe de recherche du Laboatoire de systèmes intelligents de l’EPFL a conçu en 2010 une nouvelle famille de drones résistants aux collisions ou chutes, et capables de redécoller. Ce modèle, développé en 2014, est un drone équipé d’un exosquelette capable de rouler contre des obstacles et au sol.

Aujourd’hui, ce drone est développé par la société Flyability, créée à l’EPFL.

Cage Drone – Laboratory of Intelligent Systems, EPFL

Les drones de livraison ont besoin de larges hélices pour pouvoir transporter des objets de manière efficace. Cependant ces hélices peuvent être dangereuses pour les personnes pouvant se trouver à proximité pendant le vol.

Ce drone de livraison a ainsi été également équipé d’un exosquelette s’enroulant autour du colis et des hélices, comme du papier d’emballage. Il peut être également replié lorsqu’il n’est pas utilisé.

Ce « Pack drone » a maintenant été breveté et est commercialisé par la société Dronistics, créée à l’EPFL.

Turtle-inspired drone (GearQuad) – Laboratory of Intelligent Systems, EPFL

Une tortue peut-elle inspirer des experts en robotique volante ? Force est de constater que oui, avec ce drone à hélices conçu pour transporter des objets de petite ou moyenne taille.

Les hélices de ce drone sortent de leur « carapace » en forme de cage pour le vol, et peuvent ensuite se rétracter pour faciliter le stockage et le transport. Dans ce modèle, le colis est placé en haut de la cage.

Ce drone appelé « GearQuad » est également développé par la société Dronistics, créée à l’EPFL.

Drone with morphing wing and rotatable wing ends – LIS, EPFL

Alors que la plupart des drones ne peuvent que voler, de nombreux animaux ailés peuvent à la fois voler et marcher. Certains animaux multimodaux parviennent même à adapter la forme de leur corps, afin d’utiliser les mêmes articulations et muscles pour différents types de locomotion.
Cette observation a permis de développer un nouveau drone capable de déployer ses ailes pour voler sur de longues distances, passer en mode planeur pour se poser en douceur sur le sol, replier ses ailes contre son corps, et enfin utiliser le bout de ses ailes pour se déplacer au sol et se tenir debout, afin de décoller verticalement du sol grâce à ses deux hélices avant.

LIS Hawk – Laboratory of Intelligent Systems, EPFL

Concevoir un drone capable d’être à la fois agile et endurant, comme peuvent l’être les rapaces, est un défi de taille pour les chercheurs et chercheuses en robotique.

Ce modèle développé en 2020 est équipé de plumes artificielles sur la queue et les ailes pouvant se tordre et se plier. Il peut ainsi, comme les oiseaux, déployer ses ailes et ses plumes à l’extrémité jusqu’à leur plus grande ouverture, pour générer plus de portance et passer ainsi plus de temps dans les airs. À grande vitesse ou face au vent, il peut également réduire leur envergure pour minimiser la résistance de l’air.

Il imite ainsi la capacité naturelle des oiseaux à s’adapter aux diverses conditions de vent et de vitesse, pour gagner en agilité et économiser de l’énergie. L’équipe du professeur Floreano s’inspire également des oiseaux pour apprendre aux drones à atterrir, se percher, saisir des objets, mais aussi marcher ou décoller du sol.

Beetle drone - Laboratory of Intelligent Systems EPFL
Beetle drone – Laboratory of Intelligent Systems, EPFL

Grâce à leurs ailes extérieures dures et cornées appelées élytres, les coléoptères font preuve d’une remarquable capacité à se redresser après être tombés au sol.

L’équipe du laboratoire en systèmes intelligents de l’EPFL s’en est inspiré pour développer ce modèle offrant ainsi une solution à un risque récurrent chez les drones à voilure fixe: celui du basculement. Ces élytres artificiels permettent ainsi non seulement à ce petit drone-coléoptère de se redresser automatiquement s’il est renversé, mais aussi d’avoir une meilleure portance pendant le vol.

Voler en essaim, comme les oiseaux

L’union fait la force : un proverbe qui ne s’applique pas seulement aux oiseaux, mais aussi aux drones ! En volant en essaim, ils seraient ainsi capables comme eux de survoler des territoires beaucoup plus étendus, et de récolter une plus grande variété d’informations.

C’est ce défi qu’a relevé l’équipe du professeur Dario Floreano : faire voler des drones ensemble et dans la même direction, tout en évitant les collisions grâce au maintien d’une distance de sécurité. Ces drones sont ainsi capables de synchroniser leurs mouvements en réaction à ceux de leurs voisins, mais aussi d’adapter leur vol en anticipation par exemple d’un ralentissement futur.

Laboratory of Intelligent Systems, EPFL – Prof. Dario Floreano

Protéger les animaux sauvages depuis le ciel

Dans les réserves naturelles, les nouvelles technologies offrent une opportunité sans précédent d’améliorer l’estimation des populations animales, la compréhension de leurs comportements, le combat contre le braconnage ou encore de lutter contre la diminution de la biodiversité.

Dans les réserves naturelles, les nouvelles technologies offrent une opportunité sans précédent d’améliorer l’estimation des populations animales, la compréhension de leurs comportements, le combat contre le braconnage ou encore de lutter contre la diminution de la biodiversité.

Depuis 2014, un projet interdisciplinaire appelé Savmap développe des approches novatrices pour faciliter la gestion de la faune, dans la réserve naturelle du Kuzikus en Namibie. Il est composé d’experts du traitement de l’information géographique, de l’analyse des données, et de la prise d’images par des drones. Avec les responsables de la réserve, ces experts ont survolé chaque année la savane avec des drones légers, et acquis ainsi des milliers d’images aériennes.

Environmental Comptutational Science and Earth Observation Laboratory, EPFL – Prof. Devis Tuia

Hiveopolis - new hive
Des ruches intelligentes

Le projet HIVEOPOLIS, mené par sept groupes de recherche européens, vise à créer une société moderne de colonies d’abeilles totalement adaptée aux défis actuels, tels que l’urbanisation, le changement climatique, ou les pesticides.

L’objectif est d’intégrer des technologies (capteurs, robots, algorithmes, etc.) pour développer la ruche et l’apiculture du futur, favorisant le bien-être et la survie de ces animaux si essentiels dans la chaîne alimentaire.

Ces différentes technologies intégrées aux ruches permettent notamment de mesurer l’état de la colonie, observer l’activité des abeilles, détecter l’état de santé des larves, et même décoder puis moduler par des vibrations les fameuses « danses », utilisées par les abeilles pollinisatrices pour communiquer entre-elles.

Mobile Robots Group (MOBOTS), Biorobotics Laboratory, EPFL – Prof. Francesco Mondada