Des minidrones autonomes capables de se coordonner entre eux

Les drones autonomes peuvent voler en formation en maintenant une distance constante avec les autres appareils. © Université de Pennsylvanie/Kumar/Kushkeyev/Mellinger 

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À l’occasion d’une conférence TED (Technology, Entertainment, Design), Vijay Kumar, directeur du Département d’ingénierie mécanique et de mécanique appliquée de l’université de Pennsylvanie a fait sensation avec ses drones miniatures.

Ces robots peuvent voler à l’intérieur des bâtiments de façon totalement autonome et sans recourir à un GPS. Kumar et son équipe sont partis d’un modèle de drone que l’on trouve dans le commerce et l’ont équipé de capteurs (accéléromètre, gyroscope) et de processeurs. Il est doté de quatre rotors, pèse une cinquantaine de grammes, mesure 20 cm de diamètre et consomme 15 watts d’électricité. L’un des processeurs embarqués dans le drone exécute 600 opérations à la seconde pour déterminer quel est le mouvement à accomplir et agit en conséquence sur la vitesse des différents rotors pour monter, descendre, avancer ou reculer. « En réduisant l’échelle, le robot devient naturellement agile », explique Vijay Kumar, ajoutant que cela permet de diminuer l’inertie de telle sorte qu’il effectue ses mouvements beaucoup plus rapidement. Résultat, le minidrone peut faire une rotation à 360 degrés en moins d’une demi-seconde.

Minidrones : une coordination inspirée des fourmis

La gageure technique qu’il a fallu relever est celle du calcul de trajectoire car ces robots évoluent dans un espace à 12 dimensions. « Nous avons eu recours à une astuce. Nous avons pris cet espace 12D courbe et l’avons transformé en un espace plat en 4 dimensions. Ce robot définit une trajectoire dans cet environnement 4D plat en évitant les obstacles puis la retransforme dans son environnement en 12D qui lui est indispensable pour effectuer ses manœuvres. » Le robot est ainsi capable d’exécuter n’importe quelle trajectoire. Dans l’une des démonstrations présentées par le professeur Kumar, on voit un drone équipé d’un capteur de mouvements traverser des cerceaux placés à différentes hauteurs dans une pièce. Et comme un chien de cirque, il peut même traverser un cerceau que l’on lance en l’air.

L’autre objectif des chercheurs de l’université de Pennsylvanie était de faire en sorte que ces robots puissent se coordonner pour travailler ensemble afin par exemple de transporter une charge. « Nous nous sommes inspirés de la nature », explique Vijay Kumar, et en particulier d’une espèce de fourmis du désert qui sont capables de se coordonner implicitement pour transporter un morceau de nourriture en percevant la présence de l’objet de celle de leurs congénères. Appliqué aux drones, ce principe consiste pour chacun d’entre eux à surveiller en permanence la distance qui les sépare de leurs voisins et à maintenir un espacement fixe.

Le système n’est pas centralisé, il repose uniquement sur ce que les robots perçoivent par leurs propres moyens. Ils peuvent voler en escadrille, maintenir une formation plane ou en 3D, effectuer des rotations complexes en se croisant sans que la distance qui les sépare ne varie. 

Quelles applications pour ces drones miniatures ?

Grâce à cela, les robots sont en mesure de combiner leur capacité pour transporter des objets. Ils ne sont plus aussi agiles mais à plusieurs, ils peuvent soulever et déplacer des charges beaucoup plus importantes.

Le travail sur l’autonomie a également consisté à équiper un drone d’un capteur de mouvements Kinect et d’un scanner laser grâce auxquels il peut se déplacer dans un bâtiment et le cartographier en temps réel. Il détecte les portes, les murs, les fenêtres, les personnes, de telle sorte qu’il sait où il se trouve et cela sans utiliser de GPS. Le drone est en mesure d’entrer dans un bâtiment inconnu et d’en établir une carte en temps réel en complétant les zones où il manque des informations.

Les applications envisageables sont nombreuses. Ces drones pourraient être envoyés dans des bâtiments après un accident chimique ou un effondrement pour évaluer les dégâts, pour détecter la présence d’un intrus, construire des structures ou encore transporter des charges utiles. Clou de la démonstration de Vijay Kumar, une escadrille de 9 robots a joué le fameux générique de James Bond sur 6 instruments et cela sans aucune intervention extérieure. Les verra-t-on dans le prochain opus des aventures de 007 ? Ils y auraient leur place en tout cas…