Pour alimenter RoboFly, les ingénieurs ont pointé un faisceau laser invisible (montré ici en laser rouge) sur une cellule photovoltaïque, qui est fixée au-dessus du robot et convertit la lumière laser en électricité.

Les robots volants de la taille d'un insecte pourraient aider à accomplir des tâches qui prennent beaucoup de temps, comme surveiller la croissance des cultures dans les grandes fermes ou renifler les fuites de gaz. Ces robots s'envolent en faisant voler de minuscules ailes parce qu'elles sont trop petites pour utiliser des hélices, comme celles que l'on voit sur leurs cousins bourdons plus gros. La petite taille est avantageuse : Ces robots sont bon marché à fabriquer et peuvent facilement se glisser dans des endroits étroits qui sont inaccessibles aux gros drones.

Mais les robots-insectes volants actuels sont toujours attachés au sol. L'électronique dont ils ont besoin pour alimenter et contrôler leurs ailes est trop lourde pour que ces robots miniatures puissent être transportés.

Maintenant, les ingénieurs de l'Université de Washington ont pour la première fois coupé le cordon et ajouté un cerveau, permettant à leur RoboFly de prendre ses premiers volets indépendants. C'est peut-être un petit rabat pour un robot, mais c'est un pas de géant pour les robots. L'équipe présentera ses conclusions le 23 mai à la Conférence internationale sur la robotique et l'automatisation à Brisbane, en Australie.

RoboFly est légèrement plus lourd qu'un cure-dent et est alimenté par un faisceau laser. Il utilise un minuscule circuit de bord qui convertit l'énergie laser en suffisamment d'électricité pour faire fonctionner ses ailes.

"Jusqu'à présent, le concept de robots volants sans fil de la taille d'un insecte était de la science-fiction. Sawyer Fuller, professeur adjoint au département de génie mécanique de l'Université de Western Ontario, a déclaré : " Est-ce que nous pourrions un jour les faire fonctionner sans avoir besoin d'un fil de fer ? "Notre nouveau RoboFly sans fil montre qu'ils sont beaucoup plus proches de la vie réelle."

Le défi technique, c'est le battement. Le battement des ailes est un processus gourmand en énergie, et la source d'énergie et le contrôleur qui dirige les ailes sont trop gros et encombrants pour monter à bord d'un minuscule robot. Ainsi, l'ancien robot-insecte de Fuller, le RoboBee, avait une laisse - il était alimenté et contrôlé par des fils provenant du sol.

Mais un robot volant devrait être capable de fonctionner seul. Fuller et son équipe ont décidé d'utiliser un faisceau laser étroit et invisible pour alimenter leur robot. Ils ont dirigé le faisceau laser vers une cellule photovoltaïque, qui est fixée au-dessus de RoboFly et convertit la lumière du laser en électricité.

"C'était le moyen le plus efficace de transmettre rapidement beaucoup de puissance à RoboFly sans ajouter beaucoup de poids ", a déclaré le co-auteur Shyam Gollakota, professeur associé à la Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering de l'UW.

Cependant, le laser seul ne fournit pas assez de tension pour déplacer les ailes. C'est pourquoi l'équipe a conçu un circuit qui propulse les sept volts sortant de la cellule photovoltaïque jusqu'à 240 volts nécessaires au vol.

Pour donner à RoboFly le contrôle de ses propres ailes, les ingénieurs ont fourni un cerveau : Ils ont ajouté un microcontrôleur au même circuit.

"Le microcontrôleur agit comme le cerveau d'une vraie mouche qui dit aux muscles de l'aile quand tirer ", a déclaré le co-auteur Vikram Iyer, étudiant au doctorat au département de génie électrique de l'Université de Western Ontario. "Sur RoboFly, il dit aux ailes des choses comme'flap hard now' ou'don't flap'."

Plus précisément, le contrôleur envoie de la tension par vagues pour imiter le battement des ailes d'un insecte réel.

"Il utilise des impulsions pour façonner l'onde ", a déclaré Johannes James, auteur principal et doctorant en génie mécanique. "Pour que le volet des ailes se déplace rapidement vers l'avant, il envoie une série d'impulsions en succession rapide, puis ralentit la pulsation à mesure que vous vous approchez du sommet de la vague. Et puis il le fait à l'envers pour que les ailes battent doucement dans l'autre direction."

Pour rendre RoboFly sans fil, les ingénieurs ont conçu un circuit flexible (jaune) avec un convertisseur boost (bobine de cuivre et boîtes noires à gauche) qui booste les sept volts provenant de la cellule photovoltaïque dans les 240 volts nécessaires au vol. Ce circuit possède également un cerveau de microcontrôleur (boîte carrée noire en haut à droite) qui permet à RoboFly de contrôler ses ailes.

Pour l'instant, RoboFly ne peut que décoller et atterrir. Une fois que sa cellule photovoltaïque est hors de la ligne de visée directe du laser, le robot manque d'énergie et atterrit. Mais l'équipe espère pouvoir bientôt piloter le laser pour que RoboFly puisse voler en vol stationnaire.

Alors que RoboFly est actuellement alimenté par un faisceau laser, les versions futures pourraient utiliser de minuscules batteries ou récolter de l'énergie à partir de signaux radiofréquence, a déclaré M. Gollakota. De cette façon, leur source d'alimentation peut être modifiée pour des tâches spécifiques.

Les RoboFlies de l'avenir peuvent également se tourner vers des cerveaux et des systèmes de capteurs plus avancés qui aident les robots à naviguer et à accomplir des tâches par eux-mêmes, a dit Fuller.

"J'aimerais vraiment en faire un qui trouve des fuites de méthane ", a-t-il dit. "Vous pourriez acheter une valise pleine d'entre eux, l'ouvrir, et ils voleraient autour de votre bâtiment à la recherche de panaches de gaz sortant de tuyaux qui fuient. Si ces robots peuvent faciliter la recherche de fuites, ils seront beaucoup plus susceptibles d'être réparés, ce qui réduira les émissions de gaz à effet de serre. C'est inspiré par de vraies mouches, qui sont vraiment bonnes pour voler à la recherche de choses odorantes. Nous pensons que c'est une bonne application pour notre RoboFly."

Yogesh Chukewad, étudiant au doctorat en génie mécanique, est également co-auteur de cet article. Cette recherche a été financée par l'Université de Washington et une bourse d'études Microsoft.

Source : https://www.washington.edu/news/2018/05/15/robofly/