Ces drones miniatures peuvent soulever 40 fois leur poids

En 2015, Yalayolo Magazine vous parlait des MicroTugs (voir article plus bas), d’étonnants robots miniatures d’à peine 10 grammes capables de tracter à l’horizontale ou à la verticale des charges 100 fois supérieures à leur poids. Développés par une équipe du Biomimetics and Dexterous Manipulation Lab de l’université de Stanford (États-Unis), ils utilisaient un système d’ancrage d’une redoutable efficacité, inspiré des pattes des geckos. Résultat, un MicroTug de 9 grammes pouvait tirer un poids d’un kilogramme. Ils ont désormais des homologues volants capables d’accomplir le même genre de prouesses.

Les FlyCroTug sont le fruit d’une collaboration entre le Biomimetics and Dexterous Manipulation Lab et l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne en Suisse. Il s’agit de drones miniatures quadricoptère d’environ 90 grammes qui peuvent tracter des objets pesant 40 fois leur poids en s’ancrant au sol ou aux murs. L’un des systèmes de fixation emprunte une fois encore au gecko et aux travaux sur le MicroTug. Le second est quant à lui inspiré des griffes de certains insectes.

Chaque FlyCroTug est équipé d’un système d’attache à l’extrémité d’un long câble qui peut être sorti et tiré à l’aide d’un treuil. L’appareil peut ainsi accrocher un objet, s’envoler pour aller se poser à distance et s’ancrer avant d’actionner le treuil. Dans la vidéo ci-dessous, on voit notamment un FlyCroTug treuiller une bouteille remplie d’eau. Pour développer ces microdrones, les chercheurs expliquent qu’ils se sont inspirés des guêpes qui se posent au sol afin de pouvoir mieux tracter des proies beaucoup plus lourdes qu’elles. 

Les FlyCroTug peuvent unir leurs forces

Pour les surfaces lisses, les FlyCroTug se servent d’une technique d’ancrage inspirée des pattes du gecko en créant des forces intermoléculaires entre l’adhésif et la surface. Pour les surfaces rugueuses, les microdrones utilisent une patte comportant 32 microgriffes métalliques en forme d’hameçon qui peuvent s’accrocher individuellement aux aspérités.

Outre leurs capacités individuelles, ces microdrones sont également très intéressants lorsqu’ils travaillent ensemble. La vidéo nous montre comment deux FlyCroTug parviennent à ouvrir une porte. Des compétences qui pourraient être très utiles lors de missions de sauvetage ou de recherche dans des décombres. En effet, les chercheurs expliquent que ces appareils pourraient par exemple aller fermer une vanne dans une usine en cas de fuite toxique ou d’inondation, s’unir pour soulever des débris ou récupérer un objet important dans une zone sinistrée. Les militaires pourraient par exemple utiliser des FlyCroTug pour déployer des capteurs pour acheminer des fournitures médicales à des soldats ou civils isolés.

Des scénarios certes prometteurs et crédibles, mais qui se heurtent encore à plusieurs limites techniques importantes. Pour commencer, l’autonomie de ces microdrones ne dépasse pas cinq minutes ce qui est évidemment beaucoup trop court pour un usage opérationnel. De plus, ils sont pour le moment télécommandés et n’ont aucune capacité à naviguer ou se coordonner par eux-mêmes. C’est précisément dans ce domaine que les chercheurs disent vouloir travailler désormais.

Ce qu’il faut retenir

• Les microdrones sont prometteurs pour les missions de sauvetage et d’exploration dans des environnements peu accessibles, mais il leur manque la capacité d’interagir physiquement avec leur environnement en cas de besoin.
• Des chercheurs de l’université de Stanford et de l’École Polytechnique Fédérale de Lausanne ont réussi à créer des microdrones qui peuvent soulever et tirer jusqu’à 40 fois leur poids grâce à des systèmes d’ancrage inspirés de la nature.

Des robots miniatures capables de tirer 100 fois leur poids

Article de Marc Zaffagni publié le 29 avril 2015

Ils ne pèsent que quelques grammes, mais ils sont doués d’une force impressionnante. Les MicroTugs de l’université de Stanford (États-Unis) tractent à l’horizontale ou à la verticale des charges 100 fois supérieures à leur poids. Leur secret : leur pattes adhésives imitant celles des geckos.

La taille ne fait pas nécessairement la force. Voilà une vérité qui sied on ne peut mieux aux étonnants robots miniatures de l’université de Stanford. Ils ne pèsent pour l’un d’eux que quelques milligrammes, mais ils sont capables de tracter, même sur une surface verticale, des objets qui peuvent peser jusqu’à 100 fois leur poids. Ces MicroTugs ont été mis au point par une équipe du Biomimetics and Dexterous Manipulation Lab, qui a créé trois modèles de mini-robots. Le premier MicroTug pèse 12 grammes et produit une force de traction horizontale de 40 newtons. Dans cette vidéo publiée sur YouTube, on voit le petit engin tirer derrière lui une tasse à café pleine dont le poids total est de 600 grammes.

Le deuxième MicroTug pèse seulement 9 grammes et peut grimper le long d’une paroi verticale en tirant une charge d’un kilogramme, en l’occurrence son ancêtre nommé Stickybot. Dans cette autre vidéo YouTube, on peut le voir évoluer ainsi que son minuscule petit frère qui ne pèse que 20 milligrammes et peut tracter 500 milligrammes.

Inspirés du gecko et de la chenille

Ces trois robots ont en commun un système de pattes adhésives dont la conception est directement inspirée des geckos. Les secrets du fameux « effet ventouse » dont ces reptiles se servent pour grimper aux murs ont été percés en 2002 et modélisés l’année dernière. La surface des pattes des geckos est formée de lamelles portant des millions de micropoils (des sétules, de leur vrai nom), chacun portant des poils encore plus petits, d’environ 200 nanomètres de long. La patte ne colle pas à proprement parler, l’adhérence provient des forces dites de van der Waals, qui apparaissent entre molécules et sont de nature électromagnétique. Chez le gecko, cette adhérence se crée lorsque ces poils s’étalent sur la surface selon un angle oblique, avec une force d’autant plus élevée que les poils sont proches de la parallèle à la surface. Le phénomène s’interrompt à l’instant où le lézard lève la patte et que les micropoils reprennent leur position perpendiculaire. C’est ainsi que le gecko peut coller et décoller ses pattes en l’espace d’une seconde et évoluer sur pratiquement tout type de surfaces et dans tous les angles.

Les pattes des MicroTugs sont recouvertes d’un adhésif directionnel, ou anisotrope, qui est recouvert de picots en caoutchouc imitant les micropoils du gecko. Lorsqu’une pression s’exerce, les picots s’inclinent pour augmenter leur surface de contact et par là même leur adhérence. Et quand le robot lève sa patte, les picots se redressent et se détachent immédiatement. Pour avancer à l’horizontale tout en tirant sa charge, le MicroTugs plaque son ventre adhésif contre la surface et actionne un treuil électrique qui enroule le câble nylon auquel l’objet qu’il tracte est attaché. Grâce à ses deux bras motorisés montés sur roulettes, il se redresse pour décoller puis avancer, et ainsi de suite.

Les deux MicroTugs grimpeurs utilisent un mode de déplacement qui s’inspire des chenilles. Ils sont dotés de deux pattes adhésives indépendantes qui avancent l’une après l’autre. L’adhérence est provoquée alternativement entre les pattes avant et arrière, l’une tire la charge tandis que l’autre adhère pour maintenir le robot. Les chercheurs de Stanford présenteront leurs travaux le mois prochain à la conférence IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA). Leur objectif est de transformer cet adhésif en un produit commercial et de l’appliquer notamment à des robots de plus grande taille qui pourraient servir à tracter des charges lourdes dans des usines ou sur des sites de construction.