Projet ANR-13-ASTR-0012 – CLEAR-flight : Portance Contrôlée pour le vol efficace d’un Insecte Artificiel
Programme : Accompagnement spécifique des travaux de recherches et d’innovation défense (ASTRID) 2013
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur SEBASTIEN GRONDEL (Institut d'Electronique de Microélectronique et Nanoélectronique)
Partenaires : École supérieure d'informatique, électronique, automatique; Institut d'Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie; Office national d'études et de recherches aérospatiales; THURMELEC
Montant : 283750.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 36 mois
Résumé : La nature est constituée d'un éventail d'espèces animales offrant des moyens de locomotion terrestres, sous-marins et aériens prometteurs, aussi les recherches sur les systèmes bio-inspirés ont-elles fait l'objet de beaucoup d'attention dans la dernière décennie. Parmi les espèces volantes, les insectes démontrent les capacités aériennes les plus impressionnantes en termes de vol ou d'accélération et leur diversité apporte de multiples solutions pour concevoir des nano-véhicules aériens (NAV). À ce jour, le secteur des micro-systèmes n'a pas été pleinement utilisé pour la fabrication d'objets volants imitant les insectes et les chercheurs qui travaillent à recréer artificiellement le vol stationnaire n'ont pas encore réalisé de prototypes à ailes battantes qui soient capables de voler. Le défi premier est donc d'imiter le battement d'un insecte puis de tendre à la réalisation d'un NAV.
Cette question nécessite la résolution de nombreux défis scientifiques et technologiques. Une équipe composée de chercheurs de l'IEMN, de l'ONERA et de l'ENSIAME a été mise en place depuis 2005 et a permis la réalisation de travaux sur:
- la conception d'une structure polymère micro-usiné avec un corps et des ailes,
- l'intégration de micro-actionneurs électromagnétiques pour l'actionnement des ailes,
- la cinématique et l'aérodynamique autour du NAV,
- l'expérimentation sur des prototypes.
Notre NAV a atteint une certaine maturité au niveau du processus de fabrication et de la modélisation aéro-élastique. En outre, ce prototype est à priori le premier de la taille d'un insecte capable de créer de la portance à l'aide d'une torsion passive et ce, sans aucune articulation. Les objectifs de ce projet intitulé Portance contrôlée pour un vol efficace d'un insecte artificiel (CLEAR-Flight) sont d'une part, de produire des forces de portance suffisantes pour le vol et d'autre part, avec l'aide de l'entreprise THURMELEC, de concevoir et de mettre en œuvre les fonctionnalités électroniques nécessaires pour un contrôle à distance.
Les futurs travaux incluent d'abord l'utilisation des outils de modélisation et des moyens expérimentaux développés précédemment afin d'optimiser la structure et l'actionnement électromagnétique en termes de poids et de consommation d'énergie.
Puis le but sera de déterminer la cinématique optimale nécessaire au vol de l'insecte artificiel. L'outil aéro-élastique aidera à déterminer la géométrie d'aile la mieux adaptée et des expériences viendront compléter les prédictions numériques.
La recherche portera ensuite sur le choix et la minimisation des composants électroniques tels que des micro-contrôleurs et des accéléromètres ou des gyroscopes afin de permettre la manœuvrabilité du NAV et le contournement d'obstacles. Les caractéristiques électroniques telles que les commandes de vol et de détection d'altitude seront d'abord validées sur des prototypes d'échelle centimétrique et l'approche adoptée sera de fabriquer une puce intégrant tous ces composants. De plus, les sources d'énergie nécessaires pour alimenter ces composants seront identifiées.
Enfin, l'étude portera sur l'analyse de scénarios de communication pour les réseaux de capteurs sans fil mobiles (WSN) conformes aux caractéristiques et contraintes des capteurs du NAV : c-a-d soit pour des capteurs dont la position dans l'espace peut être contrôlée, et qui peuvent potentiellement agir sur leur environnement, ou pour des capteurs avec très peu de ressource énergétique et de faible encombrement.
En conclusion, la compréhension du vol battu et le contrôle des matériaux avec de fortes déformations pour une utilisation dans des microsystèmes, et en particulier en microfluidique et en électronique flexible, sont très prometteurs d'un point de vue scientifique. Dans le domaine militaire, la capacité des insectes au vol stationnaire associée à une transition rapide vers l'avant, constitue une plate-forme idéale pour la surveillance, la recherche et le sauvetage.