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Leonardo : le premier drone qui vole et marche

Leonardo, ou Leo pour les plus proches (une sorte d’acronyme pour « legs on board drone »), est le nom du premier drone au monde qui non seulement vole, mais aussi marche.

Cet appareil particulier a été mis au point par le California Institute of Technology (Caltech) et constitue pour l’instant un prototype de ce qui pourrait être un robot bipède volant capable d’effectuer différentes missions, tant aériennes que terrestres.

LEO, le robot bipède qui peut marcher, faire du skateboard et voler
Pourquoi descendre les escaliers quand on peut voler ?

Ce nouveau robot bipède peut marcher et voler, mais c’est la combinaison de ces deux capacités qui le distingue vraiment en tant que machine futuriste.

Ce robot volant à deux jambes peut faire du skateboard et marcher sur une corde raide.

Avec vous, LEONARDO. LEO pour faire court. Le nom est un acronyme de LEgs ONboARD drone, qui décrit mal ce robot.

Les ingénieurs de Caltech qui ont construit LEO ne se sont pas contentés de placer une paire de jambes robotiques sur un drone aérien, ils ont dû le concevoir en pensant à la marche et au vol et développer un logiciel spécialisé pour intégrer ses différents composants.

LEO est encore un prototype, une sorte de preuve de concept pour voir si un robot volant bipède peut accomplir des tâches qui seraient autrement difficiles ou impossibles à réaliser par des robots terrestres ou des drones aériens.

À l’avenir, une version complète pourrait se charger de tâches difficiles ou dangereuses, comme l’inspection et la réparation d’infrastructures endommagées, l’installation de nouveaux équipements dans des endroits difficiles d’accès ou la gestion de catastrophes naturelles et d’accidents industriels.

À l’avenir, un robot de type LEO pourrait même transporter des équipements délicats à la surface d’un corps céleste, comme Mars ou Titan, la lune de Saturne. Plus inquiétant encore, le robot volant agile et bipède pourrait également être utilisé pour la défense ou la guerre.

Les attributs de science-fiction du LEO ne sont pas le fruit du hasard. Dans un courriel, l’équipe m’a dit qu’elle s’était inspirée du robot humanoïde volant fictif Astro Boy et des combinaisons à réaction semblables à celles d’Iron Man construites par Richard Browning de Gravity Industries.

LEO LEONARDO de Caltech peut marcher sur une corde raide.

Mais en fin de compte, l’objectif du projet était d’étudier l’intersection entre la marche et le vol d’un point de vue dynamique et de contrôle et de créer « une capacité de marche sans précédent, en résolvant les problèmes posés par la locomotion hybride », comme l’explique l’équipe dans une vidéo.

L’équipe de Caltech espère également construire un train d’atterrissage adaptatif pour les décollages et atterrissages verticaux (VTOL) en terrain difficile.

La nature a découvert cette astuce il y a longtemps, les oiseaux, les chauves-souris, les insectes et de nombreux autres organismes étant capables de passer d’un mode de locomotion à l’autre. Il fournit un avantage évolutif clair. Les robots, en revanche, ont tendance à être spécialisés et à ne pouvoir se déplacer que dans l’un de ces deux modes.

Il y a des avantages et des inconvénients à cela : Les robots terrestres sont stables, robustes et capables de transporter de lourdes charges, mais ils ont du mal à s’adapter aux terrains difficiles et ne peuvent pas atteindre les endroits élevés.

Les drones aériens sont très mobiles et capables de voler dans toutes sortes d’environnements, mais ils ne peuvent pas rester longtemps en l’air en raison de la forte demande d’énergie liée au vol, et ils ne sont pas capables d’effectuer des tâches de manipulation fine. D’où le désir de créer une machine capable de tirer parti du meilleur des deux mondes.

Pour atteindre l’équilibre au sol et l’agilité dans les airs, LEO a dû être soigneusement conçu. Kyunam Kim, Soon-Jo Chung, Elena-Sorina Lupu et Patrick Spieler expliquent dans un courriel que cela nécessitait des composants robustes mais légers, ainsi que des algorithmes permettant de contrôler quatre hélices et les articulations des jambes « de manière synchrone afin de garantir que LEO marche ou vole sans perdre l’équilibre ».

Ces deux domaines disparates « ne sont généralement pas entrelacés dans les systèmes robotiques existants, et nous avons dû résoudre un large éventail de problèmes d’ingénierie qui n’ont pas été bien étudiés dans d’autres systèmes robotiques », ont-ils ajouté. Un document de recherche décrivant ces travaux a été publié aujourd’hui dans Science Robotics.

LEO ne pèse que 2,58 kg et mesure 75 cm. Comme un oiseau, le robot utilise ses fines pattes articulées pour décoller du sol et prendre de l’élan lors du décollage. Les propulseurs électriques inclinables de LEO, les quatre hélices, sont synchronisés avec ces sauts.

LEO marche comme s’il portait des talons hauts, mais ces talons permettent une position équilibrée ; cependant, si les conditions le justifient, les hélices de LEO pourraient toujours être activées pour assurer une plus grande stabilité.

Les batteries, les capteurs et la puissance de traitement nécessaire sont intégrés dans le torse du robot, ce qui permet une autonomie totale sans fil.

« Nous avons noté que l’optimisation de la consommation électrique de LEO n’était pas une priorité dans ce travail », explique l’équipe dans son courriel. « Au lieu de cela, nous nous sommes concentrés sur un large éventail de capacités ».

Lors des tests, LEO est passé de la marche au vol agile, ce qui lui a permis d’éviter les obstacles et d’effectuer des tâches difficiles nécessitant de l’équilibre, comme la planche à roulettes et la slackline.

La conception de LEO lui permet de « marcher de manière dynamique et bipède avec une interaction complexe avec le sol, tout en préservant les performances de vol d’un véhicule multirotor », comme l’équipe l’écrit dans son courriel. L’équipe affirme que LEO est le premier robot bipède à pratiquer la slackline, mais à l’aide de ses hélices.

Grâce à la puissance combinée de la marche et du vol, l’équipe s’attend à ce qu’un large éventail de missions robotiques soit possible, comme l’inspection de lignes électriques à haute tension et la surveillance de ponts élevés. Ces bots pourraient inspecter des infrastructures obsolètes, travailler dans des scénarios de catastrophe et même explorer des mondes lointains.

Dans un article de Focus, Stefano Mintchev, chercheur au département de science des systèmes environnementaux de l’ETH Zurich, a déclaré que les capacités de LEO ont leurs inconvénients :

Les hélices sont inclinées pour être plus efficaces dans la stabilisation de la démarche de LEO, mais ce choix réduit son efficacité en vol. Pour minimiser le poids à soulever, les jambes sont fines et peu puissantes.

LEO a besoin d’un soutien constant des hélices pendant la marche, ce qui le rend plus gourmand en énergie qu’un robot purement terrestre … [L’étendue de ces inconvénients, et donc la proximité d’un robot multimodal avec un robot purement terrestre ou aérien, dépend des choix de conception. Réduire au minimum les inconvénients reste un défi de taille.

Mintchev, qui n’a pas participé à la nouvelle étude, a offert ses conseils à l’équipe et a déclaré qu’elle devait continuer à s’inspirer de la nature. Il a évoqué les serpents volants, qui aplatissent leur corps pour mieux planer.

Des améliorations sont certainement possibles, mais LEO est le premier d’une nouvelle génération de robots. Avec Astro Boy comme principale source d’inspiration, ces scientifiques ont encore un long chemin à parcourir.

Selon les chercheurs, leur intention derrière ce projet était de développer « une capacité de marche sans précédent, en résolvant les problèmes posés par la locomotion hybride ».

La mauvaise nouvelle, selon les scientifiques, est que pour l’instant ce prototype consomme beaucoup d’énergie et n’est pas encore très efficace en vol, certains détails doivent encore être corrigés.

Emilie Dubois

Une fille dans l'informatique était mal vue à l'époque de mes études. C'est pour cette raison que l'on m'a cantonné à des rôles secondaires lors des travaux de groupe, notamment celui de centralisateur des informations. Ce rôle central, au final crucial, m'a plu. C'est comme cela que je suis devenue chef de projet. Plus tard, cette attirance pour l'information m'a poussé à suivre des cours de journalisme. Comme j'avais la propension de centraliser l'actualité technologique, un ami m'a dit un jour : «Emilie, tu peux le faire ». C'est comme cela que je me suis retrouvée embarquée dans l'aventure de linformatique.org. Vu mon boulot, ce sont surtout les nouvelles technologies qui m'intéressent le plus.

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