Munis de minuscules lasers pour les yeux, des essaims de drones robotiques pourraient bientôt être capables de polliniser des champs de cultures, de rechercher des bâtiments effondrés à la recherche de survivants ou de mesurer la qualité de l'air dans de vastes zones.
En 2012, des chercheurs de l'Université Harvard ont fait la une des journaux en lançant un insecte robotique ne pesant que quelques milligrammes et en observant les performances de son vol et de son atterrissage. un an plus tard, il était capable de suivre un chemin préprogrammé. Depuis lors, le RoboBee a appris à nager, mais ses capacités sont encore très inégales: il ne peut pas voir efficacement.
Des chercheurs de l’Université de Buffalo et de l’Université de Floride s’efforcent de remédier à cette situation. Au cours des trois prochaines années, grâce à une subvention de 1, 1 million de dollars de la National Science Foundation, Karthik Dantu (Buffalo) et Sanjeev Koppal (Floride) testent des moyens de réduire la technologie utilisée en lidar, ou la détection et la détection de la lumière, pour donner le peu drones la capacité de se diriger vers un objectif sans y être conduit par un opérateur humain. Ils seraient comme la voiture autonome de Google, seulement des milliers de fois plus petite.
«Nous avions besoin d'un capteur de profondeur pour un comportement intelligent», déclare Koppal. "Lorsque nous avons réfléchi au type de techniques que nous pourrions utiliser, lidar était en tête de liste."
Développé dans les années 1960 après l’invention du laser, le lidar fonctionne comme un radar ou un sonar, mais avec de la lumière. En émettant une série de faisceaux de lumière invisibles dans la zone environnante, lidar crée une image détaillée de l'environnement à partir de la lumière renvoyée vers ses capteurs. Le lidar peut utiliser la lumière dans les longueurs d'onde visibles, ultraviolettes et proche infrarouge pour l'imagerie, et les longueurs d'onde plus courtes permettent de mesurer des particules aussi petites que des aérosols en suspension dans l'air.
Mais le plus petit système lidar commercial pèse 830 grammes, soit près de trois kilos, alors qu'une abeille robotisée pèse à peine 80 milligrammes - plus légère qu'un petit trombone. En d'autres termes, la création d'une fonctionnalité microlidar nécessite un retrait Ant-Man au niveau.
Dantu explique: "Les caméras classiques ne peuvent pas être utilisées, car les robots sont trop petits. La perception de la profondeur des caméras exige que les caméras soient espacées d’une distance minimale, comme les yeux, et le drone ne dispose pas de ce genre de pièce. Capturer et analyser les faisceaux lumineux pour percevoir la distance et la profondeur était la voie logique, car elle repose sur la collecte de la lumière de toutes les directions. De plus, les appareils photo et le traitement des images consomment beaucoup d'énergie, ce qui est également un avantage pour les RoboBees. Environ 97% du budget de puissance total à bord d'une abeille robotisée est consommé par vol; Les systèmes informatiques et de détection doivent se battre avec d'autres systèmes pour les restes.
Grâce à cette subvention, Koppal conçoit de nouveaux capteurs légers et Dantu travaille sur des algorithmes mathématiques pour aider ces capteurs à utiliser au mieux les données qu'ils collectent. Huikai Xie, un collègue de Koppal en Floride, travaille à la construction des émetteurs laser nécessaires.
Tout d'abord, les chercheurs utiliseront un miroir avec optique grand angle sur le drone pour collecter les impulsions laser d'une station de base lidar distante et ajuster le bon algorithme pour les capteurs avec ces données. La deuxième étape consiste à monter une diode laser sur le drone lui-même, alimenté via une attache vers une station de base ou une batterie. À partir de là, l’objectif ultime est d’obtenir le tout en interne.
(Microbiotics Lab, École d'ingénierie et de sciences appliquées de Harvard John A. Paulson et Wyss Institute for Biological Inspired Engineering) Microlidar pourrait être utilisé dans les sondes endoscopiques, ces outils ressemblant à des baguettes utilisées lors de chirurgies qui utilisent actuellement des ultrasons pour visualiser les organes internes et les structures corporelles. Un essaim complet d'abeilles robotisées pourrait surveiller la pollution de l'air, les conditions météorologiques ou la circulation sur une vaste zone. Toute discipline qui emploie actuellement le lidar pourrait en tirer parti, notamment la cartographie topographique, la détection des failles sismiques, l'identification des gisements minéraux non découverts, la planification architecturale et la maintenance des égouts.
Bien que Dantu et Koppal cherchent à mettre en place un système lidar viable pour le drone, la manière dont les données seront collectées et traitées est un obstacle dont ils discutent souvent. Les abeilles ou essaims d'abeilles pourraient effectuer eux-mêmes une partie du traitement des données et transmettre collectivement des données via des impulsions lumineuses codées à une station de base pour un calcul approfondi.
Michael Olsen, professeur agrégé de géomatique à l'Oregon State University, étudie avec lidar la topographie et la cartographie du terrain. Il utilise principalement des scanners au sol pour étudier l'érosion côtière, la sécurité des ponts et les techniques sismiques. Il dit que le manque de capacité à collecter un ensemble de données complet est une contrainte majeure avec les systèmes lidar conventionnels.
«Nous avons inévitablement des lacunes dans nos données en raison de contraintes de champ de vision», explique Olsen. «Ces RoboBees seraient potentiellement très utiles pour aider à combler certaines de ces lacunes afin de produire un modèle plus complet. La réduction de la taille d'un système laser actif, tel que le lidar, est un véritable défi et les chercheurs s'attaquent ici à une toute nouvelle échelle. On dirait qu'ils ont mis au point des solutions très intéressantes en ce qui concerne les contraintes de puissance, de poids et de taille. ”
Entièrement réalisé, un essaim de drones d'abeilles équipés de microlidar pourrait voler autour des arbres dans une forêt dense pour mieux capturer la structure de chaque arbre, ou au-dessous des contreforts d'un pont, des balayages difficiles à réaliser avec les techniques conventionnelles.
Le lidar est actuellement utilisé pour la recherche et les applications industrielles, mais microlidar pourrait avoir de nombreuses utilisations à domicile ou à des fins médicales. Les chercheurs d’habitation peuvent avoir accès au rendu 3D intégral d’une maison à vendre et connaître les dimensions exactes des pièces pour planifier l’aménagement des meubles. Les missions de recherche et de sauvetage pourraient parcourir de petits espaces au sein de structures effondrées. Les systèmes à domicile pourraient détecter si quelque chose est déplacé ou manquant, ou si la terre s'est déplacée après un glissement de terrain ou un tremblement de terre. Et les bodybuilders ou les chercheurs de perte de poids pourraient obtenir des analyses régulières et détaillées de leurs corps pour connaître l'étendue de leurs progrès.
Dantu et Koppal admettent que ce type d’application a encore de nombreuses années, mais que la nature pratique de la technologie est prometteuse.
«Si vous pouvez faire quelque chose sur le RoboBee, vous pouvez le faire n’importe où», déclare Koppal. «Microlidar pourrait fonctionner partout où le lidar est utilisé. Il y a toutes sortes d'applications dans l'agriculture et l'industrie où les gens utilisent déjà le lidar pour cartographier l'usine ou la ferme. Dans de nombreux cas, plus petit et moins cher, c'est simplement mieux.
Et rappelez-vous, ces lasers ne sont pas des zappeurs de grande puissance. RoboBees ne les utilisera pas pour diviser et conquérir, mais seulement pour obtenir une vision plus précise du monde qui les entoure.
