Ce drone peut voler, flotter et rouler pour se déplacer

Cet article fait partie de notre série exclusive IEEE Journal Watch en partenariat avec IEEE Xplore.

Au lieu d’un robot autonome pour voler, d’un autre pour conduire sur terre et d’un autre pour naviguer sur l’eau, un nouveau drone hybride peut faire les trois. Pour mener à bien des missions complexes, les scientifiques expérimentent de plus en plus de drones capables de faire bien plus que simplement voler.

L'idée d'un drone capable de naviguer sur terre, dans les airs et en mer est née lorsque des chercheurs du Centre arabe pour les sciences du climat et de l'environnement (ACCESS) de l'Université de New York à Abu Dhabi ont indiqué qu'ils aimeraient un drone « capable de voler vers des endroits potentiellement éloignés et d'échantillonner ». plans d'eau », explique l'auteur principal de l'étude, Dimitrios Chaikalis, doctorant à NYU Abu Dhabi.

La recherche environnementale « repose souvent sur des prélèvements d’échantillons provenant de zones difficiles d’accès », explique Chaikalis. "Les véhicules volants peuvent facilement naviguer vers de telles zones, tandis que le fait d'être capable d'atterrir sur l'eau et de naviguer à la surface permet d'échantillonner pendant de longues heures avec une consommation d'énergie minimale avant de retourner à sa base."

Le nouveau véhicule autonome est un tricoptère doté de trois paires de rotors pour le vol, de trois roues pour se déplacer sur terre et de deux propulseurs pour l'aider à se déplacer sur l'eau. Les roues en caoutchouc ont été imprimées en 3D directement autour du corps du cadre de roue principal, éliminant ainsi le besoin de vis métalliques et de roulements à billes, qui présenteraient un risque de rouille après exposition à l'eau. L'ensemble de la machine pèse moins de 10 kilogrammes, afin de respecter la réglementation sur les drones.

Un corps flottant en polystyrène découpé à la machine a été placé entre le haut de la machine, qui contient les rotors, et son bas, qui contient les roues et les propulseurs. Ce dispositif de flottaison servait de coque à l'engin dans l'eau et avait la forme d'un trèfle pour laisser de la place au flux d'air des rotors.

"Le véhicule résultant est capable de traverser tous les supports disponibles (air, eau, sol), ce qui signifie que vous pourrez éventuellement déployer des véhicules autonomes capables de surmonter des difficultés et des obstacles toujours croissants", explique Chaikalis.

Le drone possède deux systèmes de pilotage automatique PX4 open source : un pour les airs et l'autre pour la navigation sur terre et sur l'eau. "La navigation aérienne diffère fortement de la navigation terrestre ou de surface, qui présentent en réalité de nombreuses similitudes", explique Chaikalis. "Nous avons donc conçu la navigation au sol et à la surface de l'eau pour qu'elle fonctionne avec le même pilote automatique, en modifiant uniquement la puissance du moteur dans chaque cas."

Un ordinateur Intel NUC a servi de module de commande. L'ordinateur peut basculer entre les deux pilotes automatiques selon les besoins, ainsi qu'une interface avec un émetteur-récepteur radio et un GPS. Tous ces appareils électroniques étaient sécurisés dans un boîtier en plastique étanche.

"Bien sûr, vous devez également vous procurer des moteurs étanches pour les roues du véhicule terrestre, car elles seront complètement immergées lorsqu'elles seront dans l'eau", explique Chaikalis. "De tels moteurs se sont avérés difficiles à interfacer avec les unités de pilotage automatique commerciales, nous avons donc fini par concevoir également du matériel et des micrologiciels personnalisés pour interfacer de telles communications."

Le drone peut opérer sous contrôle radio ou de manière autonome sur des missions préprogrammées. Ses batteries lithium polymère lui confèrent une autonomie de vol de 18 minutes.

Lors d'expériences, la coque en polystyrène a absorbé de l'eau pendant la flottaison, augmentant ainsi son poids de 20 % en 30 minutes. La mousse de polystyrène a effectivement libéré cette eau pendant le vol, quoique lentement, avec une perte de poids de 20 % après 100 minutes. Les scientifiques notent que cette variation significative du poids doit être prise en compte dans la conception du pilote automatique, sinon ils pourraient ajouter un revêtement résistant à l'eau, même si cela augmenterait de façon permanente le poids total.

De plus, « bien que étanche aux éclaboussures et à une légère submersion, il ne s’agit pas encore d’une conception entièrement submersible, ce qui signifie qu’une défaillance du dispositif de flottaison pourrait potentiellement être catastrophique », explique Chaikalis.

À l’avenir, les chercheurs notent qu’ils pourraient optimiser la coque pour la rendre suffisamment solide pour résister à des manœuvres complexes et minimiser la traînée aérienne pendant le vol. Ils souhaiteraient également rendre le drone entièrement modulaire afin de pouvoir facilement modifier ses capacités en y attachant ou en détachant des modules.