Publié le 31 octobre 2023 10:22:00. Des chercheurs du Worcester Polytechnic Institute développent des mini-drones inspirés des chauves-souris, capables d’opérer dans des environnements sombres et dangereux pour améliorer les opérations de recherche et de sauvetage.
- De petits drones, imitant l’écholocation des chauves-souris, peuvent voler dans l’obscurité, la fumée ou par temps orageux.
- Ces robots aériens, peu coûteux et économes en énergie, pourraient être déployés en essaims pour prendre des décisions autonomes.
- Des exemples récents au Pakistan, en Californie et au Canada illustrent l’utilisation croissante des drones dans les missions de sauvetage.
Le laboratoire de robotique du Worcester Polytechnic Institute (WPI) ne prépare pas une fête d’Halloween, malgré l’ambiance particulière créée par la machine à brouillard et les décorations. Il s’agit plutôt d’un banc d’essai pour une nouvelle génération de drones conçus pour les missions de recherche et de sauvetage dans des conditions extrêmes.
« Nous savons que lors d’un tremblement de terre ou d’un tsunami, les lignes électriques sont souvent les premières à tomber, explique Nitin Sanket, professeur adjoint d’ingénierie robotique au WPI. Et ces catastrophes surviennent fréquemment la nuit. On ne peut pas attendre le lendemain matin pour commencer à secourir les survivants. » C’est cette nécessité qui a conduit l’équipe à s’inspirer du règne animal.
« Nous nous sommes demandé s’il existait une créature capable d’opérer dans de telles conditions », poursuit le professeur Sanket. La réponse se trouve chez les chauves-souris et leur capacité à naviguer grâce à l’écholocation, un système sophistiqué basé sur l’interprétation des échos sonores.
Grâce à une subvention de la National Science Foundation, l’équipe du WPI développe des robots aériens miniatures, à la fois peu coûteux et économes en énergie. Leur objectif : permettre des vols là où les drones actuels sont limités, voire inopérants.
L’utilisation des drones dans les opérations de sauvetage est déjà une réalité. Le mois dernier, des équipes de secours au Pakistan ont utilisé des drones pour localiser des personnes bloquées sur les toits suite à des inondations dévastatrices. En août, un drone a permis de retrouver un homme coincé derrière une cascade en Californie, après deux jours de recherches. Et en juillet, des drones ont aidé à identifier un itinéraire sûr vers trois mineurs piégés sous terre pendant plus de 60 heures au Canada.
Cependant, Nitin Sanket et d’autres chercheurs souhaitent aller plus loin que l’utilisation de robots individuels contrôlés à distance. L’étape suivante consiste à développer des essaims de drones capables de prendre des décisions autonomes quant aux zones à explorer. « Ce type de déploiement – des drones autonomes – est encore très rare », souligne Ryan Williams, professeur agrégé à Virginia Tech.
Le professeur Williams a récemment travaillé sur un projet visant à programmer des drones pour choisir des trajectoires de recherche en coordination avec des équipes humaines. Son équipe a utilisé des données historiques provenant de milliers de cas de personnes disparues pour créer un modèle prédictif du comportement humain en milieu boisé. « Nous utilisons ensuite ce modèle pour orienter nos drones vers les zones où la probabilité de retrouver une personne est la plus élevée », explique-t-il.
Au laboratoire de robotique de Worcester, le projet de Sanket s’attaque à d’autres limitations des drones actuels, notamment leur taille et leurs capacités de perception. « Les robots existants sont souvent volumineux, encombrants, coûteux et ne peuvent pas fonctionner dans tous les types d’environnements », précise-t-il.
Le drone développé par son équipe tient dans la paume d’une main, est principalement fabriqué à partir de matériaux abordables et peut fonctionner dans l’obscurité totale. Un petit capteur à ultrasons, similaire à ceux utilisés dans les robinets automatiques, imite le comportement des chauves-souris en émettant des impulsions sonores à haute fréquence et en analysant les échos pour détecter les obstacles.
Lors d’une récente démonstration, un étudiant a lancé le drone dans une pièce éclairée, puis à nouveau après avoir éteint toutes les lumières, ne laissant qu’une faible lueur rouge. À l’approche d’un mur en plexiglas transparent, le drone s’est arrêté et a reculé à plusieurs reprises, même dans l’obscurité complète et en présence de brouillard et de fausse neige.
« Actuellement, les robots de recherche et de sauvetage sont principalement utilisés de jour, explique Sanket. Or, les opérations de recherche et de sauvetage sont souvent un travail pénible, dangereux et sale qui se déroule dans l’obscurité. »
Le développement de cette technologie n’a pas été sans difficultés. Les chercheurs ont constaté que le bruit des hélices du drone interférerait avec les ultrasons, ce qui a nécessité la conception de boîtiers imprimés en 3D pour minimiser les interférences. Ils ont également utilisé l’intelligence artificielle pour permettre au drone de filtrer et d’interpréter les signaux sonores.
Il reste encore beaucoup de chemin à parcourir pour égaler les performances des chauves-souris, capables de contracter et de comprimer leurs muscles pour ne percevoir que certains échos et de détecter des objets aussi petits qu’un cheveu humain à plusieurs mètres de distance. « Les chauves-souris sont incroyables, reconnaît Sanket. Nous sommes encore loin de ce que la nature a accompli. Mais notre objectif est qu’un jour, dans le futur, nous puissions atteindre ce niveau de performance et que ces technologies soient utiles pour les opérations de sauvetage sur le terrain. »
Pour aller plus loin
