Drone : des capteurs inspirés des moustaches des animaux

Des chercheurs de l'université de Queensland à Brisbane en Australie ont présenté un nouveau système de capteurs lors de la conférence internationale sur la robotique et l'automatisation à Montréal. Ces nouveaux capteurscapteurs, qui s'inspirent des vibrisses des animaux, pourraient offrir une alternative économique pour des robots qui ont une puissance de calcul limitée.

De nombreux animaux possèdent des vibrisses, sous forme de plumes chez les oiseaux, et sous forme de moustachesmoustaches chez divers types de mammifèresmammifères. Chez les chats, les moustaches sont composées de longs poils extrêmement sensibles, non seulement au toucher, mais également aux mouvementsmouvements de l'airair. Les chercheurs ont voulu reproduire ces poils pour permettre aux robots de détecter leur environnement.

Un capteur alternatif léger et bon marché

Beaucoup des recherches sur les capteurs embarqués sur les robots comme les drones sont axées autour des caméras, avec des algorithmes de plus en plus sophistiqués pour identifier les objets sur l'image. Cela nécessite une puissance de calcul toujours plus élevée, ce qui augmente les coûts de production, alourdit les machines et réduit l'autonomie. Une autre alternative est le lidar, qui fonctionne comme le radar, mais en émettant un faisceau laserlaser pour en mesurer l'écho. Il présente cependant des inconvénients de poids, de taille (pour de petits robots notamment) et de coût.

« Nous nous intéressons à la traduction de l'utilité prouvée des vibrisses avec les plateformes au sol vers des robots en vol stationnaire et des drones - des vibrisses qui peuvent capter un contact de faible force avec l'environnement de telle manière que le robot peut manœuvrer pour éviter des interactions avec des forces plus élevées. Nous sommes motivés par la navigation à travers des espaces sombres, poussiéreux, enfumés et étroits, ou des environnements venteux et turbulents avec des appareils volants miniatures qui ne peuvent pas embarquer des capteurs plus lourds comme le lidar. »

Ces quatre « moustaches » ne pèsent que 1,5 gramme et elles peuvent être produites en gros volume. © University of Queensland, Brisbane, Australia

Les objets détectés avant le contact

Les chercheurs ont donc créé des vibrisses, qui sont simplement des boules de polymèrepolymère thermoplastiquethermoplastique ABS chauffées et étirées pour prendre la forme de longues fibres comme les moustaches. Elles sont ensuite collées sur des plaques imprimées en 3D, puis attachées à des capteurs de force créés avec des baromètresbaromètres encapsulés. Selon les chercheurs, ces capteurs peuvent facilement être produits en massemasse. Une matrice avec quatre vibrisses ne pèse que 1,5 gramme, et coûterait aux alentours de 20 dollars US (environ 17 euros).

Les chercheurs ont fait une démonstration des capacités de leurs vibrisses dans une vidéo, qui montre qu'elles sont capables de détecter des forces à partir de 3,33 micronewtons. Les capteurs sont assez sensibles pour détecter le déplacement de l’air bien avant qu'un objet ne les touche. Ils peuvent ainsi mesurer la vitessevitesse du fluide, et donc la vitesse de l'air, ce qui permet d'estimer par exemple la vitesse de déplacement d'un objet ou de l'appareil lui-même, en plus d'être un capteur de proximité. Les capteurs sont tellement sensibles que les chercheurs ont dû s'assurer de rester assez loin pour effectuer leurs mesures, qui étaient affectées par le souffle produit par leur respiration.