Piloter un véhicule aérien sans pilote (UAV) tel que des drones ou des quadricoptères est une expérience passionnante, mais les faire atterrir en toute sécurité n'est pas amusant, surtout lorsque ces UAV sont conçus pour des opérations militaires et coûtent des millions de dollars.
Les drones actuels sont quelque peu restrictifs car ils ont des ailes fixes et rigides qui réduisent la flexibilité de vol. Pour étendre le fonctionnement des drones à voilure fixe actuels, les chercheurs ont mené plusieurs expériences dans le passé avec des structures d'ailes morphing, inspirées des oiseaux. Ils ont utilisé des algorithmes d'apprentissage automatique pour apprendre un contrôleur de vol en s'inspirant de la nature.
Une équipe de chercheurs de l'Université de Bristol et de BMT Defence Services a utilisé un avion RC standard avec une aile de forme unique. Comme le montre la vidéo ci-dessous, l'aile peut se remodeler en vol, permettant au système de se balancer lorsqu'il atterrit comme un oiseau s'approchant de son perchoir. Cette aile qui se transforme s'écope dans les airs, envoie le drone légèrement vers le haut, puis sur une trajectoire beaucoup plus nette et plus courte. Malheureusement, les chercheurs n'ont pas été en mesure de perfectionner les pinces de préhension pour remplacer le train d'atterrissage, mais ils maîtrisent assez bien le mouvement de descente.
Pour résoudre ce casse-tête et créer des robots aériens qui atterrissent comme un oiseau, des chercheurs de Stanford étudient les oiseaux avec cinq caméras à grande vitesse. L'étudiante diplômée Diana Chin utilise un petit oiseau bleu pâle nommé Gary pour mener à bien ses recherches. Lorsque Diana pointe son doigt, Gary s'envole vers un perchoir recouvert de téflon, ce qui rend apparemment impossible de tenir bon. L'atterrissage réussi de Gary sur le téflon et d'autres pôles de divers matériaux enseigne aux chercheurs comment créer des machines qui atterrissent comme un oiseau.
« Les robots aériens modernes nécessitent généralement une piste ou une surface plane pour faciliter le décollage et l'atterrissage. Pour un oiseau, il y a un point d'atterrissage potentiel presque partout, même dans les villes. Nous voulions comprendre comment cela est réalisé et la dynamique et les forces impliquées », a déclaré Chin, professeur adjoint de génie mécanique.
Même les robots les plus avancés sont loin de la capacité des animaux à saisir des objets de formes, de tailles et de textures variées. Les chercheurs ont donc recueilli des données sur l'atterrissage de Gary et de deux autres oiseaux sur différentes surfaces comprenant une variété de perchoirs naturels et de perchoirs artificiels recouverts de mousse, de papier de verre et de téflon.
La recherche, publiée dans eLife le 6 août, comprend des études détaillées de la friction produite par les griffes et les pattes des oiseaux. Les chercheurs ont découvert à partir de ce travail que le secret de la polyvalence de perroquet du perroquet réside dans la prise en main.
"Lorsque nous avons traité pour la première fois nos données sur la vitesse d'approche et les forces lorsque l'oiseau a atterri, nous n'avons vu aucune différence évidente. Mais ensuite, nous avons commencé à regarder la cinématique des pieds et des griffes - les détails de la façon dont ils les déplaçaient - et avons découvert qu'ils les avaient adaptés pour coller à l'atterrissage », se souvient Chin.
Selon leur observation à l'atterrissage, la mesure dans laquelle les oiseaux enroulaient leurs orteils et recourbaient leurs griffes variait. Sur des surfaces rugueuses ou spongieuses, telles que de la mousse de taille moyenne, du papier de verre et des perchoirs en bois rocheux, leurs pattes peuvent générer des forces de compression élevées avec peu d'aide des griffes. Sur les perchoirs les plus difficiles à saisir - le bois de soie, le téflon et le grand bouleau - les oiseaux recourbaient davantage leurs griffes, les traînant le long de la surface de perchoir jusqu'à ce qu'ils soient en sécurité.
Cette prise variable suggère que les chercheurs pourraient séparer le contrôle de l'approche de l'atterrissage des actions nécessaires pour un atterrissage réussi lors de la construction de robots pour atterrir sur une variété de surfaces. Leurs mesures ont également montré que les oiseaux peuvent repositionner leurs griffes en seulement 1 à 2 millisecondes d'une bosse ou d'une fosse à saisir à une autre. (Il faut environ 100 à 400 millisecondes pour qu'un humain cligne des yeux.)