Samedi 27 avril 2013 à 10:35

Sciences et techniques

J’ai lu dans la revue « Pour la Science », un article assez extraordinaire de trois professeurs de l’Université d’Harward : les docteurs Robert wood qui enseigne l’ingénierie, madame Radhika Nagpal, informaticienne, et Gu Yeon Wei, professeur de génie électrique.
            Leur équipe étudie et réalise de minuscules robots, destinés à évoluer en « colonies » pour remplacer les abeilles, décimées par les pesticides de Monsanto, qui n’arrivent plus à polliniser les plantes efficacement.
            Mais ces robots pourraient avoir de nombreuses autres missions humanitaires.
            Je vais essayer de décrire dans cet article leur structure extraordinaire et demain j’essaierai de résumer les problèmes de coordination autonome d’un « essaim » de robots.
 
            Ces robots sont extraordinaires à deux titre :
                                    Ils sont minuscules : ailes comprises ils ont une longueur de l’ordre de 3 cm et une longueur d’environ 4 cm.
                                    Leur vol imite celui des insectes et les ailes sont mues à l’aide de systèmes piézoélectrique ressemblant à des muscles d’abeille.
 
            Je reproduis ici les schémas parus dans « Pour la Science ». Le premier schéma ci dessous est celui du robot, très agrandi. Les deux schémas en dessous expliquent le mécanisme du vol, car le plus difficile est évidemment de faire voler ce robot qui s ‘appelle « Robobee » (l’abeille robot).
            Sur le schéma ci dessous, vous voyez très agrandi la constitution du robot : une structure, une batterie qui lui confère son autonomie électrique, l’alimentation, le microprocesseur qui commande le vol et les réactions du robot, puis trois « actionneurs, (en bleu) pour la commande des ailes. A l’avant des capteurs optiques, les « yeux » du robot.


http://lancien.cowblog.fr/images/Sciences/robotbeeplan.jpg
 
            Ce robot est d’un poids très faible : moins d’un gramme. La pesanteur et l’inertie de l’appareil sont presque négligeable par rapport aux forces aérodynamiques de frottement et d’effets des courants d’air. Les systèmes mécanique classiques (par exemple quadricoptères à voilures tournantes), ne peuvent fonctionner. Il faut imiter le vol des insectes et commander les ailes comme avec des muscles.
            Nos chercheurs ont recours à des matériaux piézoélectriques, qui se contractent sous l’effet d’une tension électrique et se courbent dans un sens, puis dans l’autre si on inverse la tension. Les ailes sont articulées de façon à pouvoir se mouvoir d’avant en arrière sous l’effet de cet actionneur principal. Le robot bat donc des ailes, mais cela ne lui confère pas une stabilité suffisante.
            Les ailes peuvent aussi pivoter sur elles mêmes, en avant et en arrière. Là pas d’actionneur : cette rotation est passive, sous l’effet des forces aérodynamiques de l’air et de l’inertie des ailes, et l’élasticité de leurs charnières. On peut montrer cela par le calcul et également que le vol est ainsi stabilisé (j’avoue que la démonstration que j’ai essayé de lire sur un article plus complet, dépasse largement mes connaissances mathématiques !!!).
            Par ailleurs de petits actionneurs latéraux peuvent « déformer » les mouvements de l’aile, pour engendrer des couples qui permettent de diriger, faire monter ou descendre et faire tourner le robot.
            Les « muscles piézoélectriques » développent une puissance comparable à ceux physiologiques d’un insecte.
            Actuellement de nombreux mécanismes ont été essayé et optimisés, tant sur le plan du vol que de la facilité de construction. Le problème principal est celui de la source d’énergie : pour le moment les vols ont eu lieu avec une source externe. Aucune batterie n’est actuellement assez légère et puissante pour permettre un vol de plus de quelques dizaines de seconde !!
            Demain je parlerai de la difficulté technique de créer un microprocesseur qui serve de cerveau à l’abeille robot, avec les capteurs lui permettant de se diriger
 
http://lancien.cowblog.fr/images/Sciences/mouvementrobobee.jpg
 
            Quelques mots sur la réalisation pratique de ces minuscules robots (voir le schéma ci dessous).
            Le matériau résistant est constitué de deux plaques très fines de fibres de carbone.
On usine au laser les pièces à réaliser identiques dans les deux plaques. Puis on intercale antre elle une plaque de plastique mou et deux plaques d’adhésif et on aligne le tout .
On peut réaliser ainsi des plaques déformables et notamment des articulations, suffisamment résistantes.
            Des éléments du châssis sont ainsi réalisés sur une plaque plane et on procède à un dépliement autour d’articulations, qui permet ainsi d’obtenir une structure 3D.
            La technique doit permettre une très grande série (des centaines de milliers d’insectes) et un coût très bas.
 
http://lancien.cowblog.fr/images/Sciences/montagerobobee.jpg
 
            Les vols de ces robots ont eu lieu, mais avec un apport d’énergie extérieur. Il s’agit encore d’une pré-étude. Sans doute le problème du micoroprocesseur sera t’il résolu avec les progrès des technologies. Beaucoup plus difficile est celui de la source d’énergie, de très faible poids.
           
 
Par jazz le Samedi 27 avril 2013 à 16:03
bonjour Jean-pierre
je ne connaissais pas ce robot, merci pour cet article découverte.
Sur jazz te proposant de découvrir la musicienne macha Gharibian.
bon w end et A+ du troubadour Emmanuel
Par maud96 le Samedi 27 avril 2013 à 19:51
 

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