Projet Colibri : un nano-drone pour imiter le vol de l’oiseau-mouche

Mathieu Dumas, Simon Campeau, Louis-Simon Malo et Manuel Charlebois Ménard, quatre membres du projet Colibri
Mathieu Dumas, Simon Campeau, Louis-Simon Malo et Manuel Charlebois Ménard, quatre membres du projet Colibri

Photo : Michel Caron

Le colibri est un oiseau fascinant. Capable de voler de manière stationnaire ou à reculons, il effectue des déplacements vifs, tout en décrivant un battement d’ailes ultra complexe, à une fréquence de quelques dizaines de mouvements par seconde! Mine de rien, reproduire artificiellement le vol du colibri constitue un défi technique exceptionnel. C’est pourtant l’ambitieux projet d’un groupe de 11 étudiants de génie mécanique. Ceux-ci veulent réaliser, d’ici la fin 2014, un volatile mécanique sous la forme d’un nano-drone téléguidé de moins de 35 grammes, et dont le vol serait en partie contrôlé par un ordinateur de 2,2 grammes.

«Pourquoi pas un oiseau?»

Le projet Colibri s’inscrit dans la foulée des recherches sur le biomimétisme, une approche qui vise à reproduire technologiquement le fonctionnement de certaines espèces animales ou végétales. «Le biomimétisme est beaucoup utilisé en ingénierie, et une partie de notre groupe s’y intéressait, dit Louis-Simon Malo, l’un des initiateurs du projet. D’autres membres de l’équipe souhaitaient toucher à l’aéronautique. Alors on s’est dit, pourquoi pas un oiseau, et pourquoi pas l’oiseau le plus agile, le colibri?»

Les étudiants ont rapidement constaté que bien peu de gens avaient à ce jour cherché à reproduire le vol du colibri. Parmi les exceptions, un projet de l’armée américaine financé à hauteur de 4,2 M$. Une somme astronomique en comparaison du budget du projet Colibri, qui est de 20 000 $.

Minicomposantes, maxi complexité

Le projet Colibri permettra aux futurs ingénieurs qui l’animent d’en apprendre davantage sur le battement d’ailes très particulier de ce volatile. «Le battement d’ailes du colibri est un type de mouvement ultrasophistiqué, dit Louis-Simon Malo. Nous essaierons de reproduire celui du colibri géant, qui a une fréquence de 20 Hz – soit 20 battements à la seconde. Nous avons beaucoup lu et consulté la documentation disponible, en plus de communiquer avec des spécialistes en biomimétisme afin d’en arriver à une solution optimale pour la longueur des ailes, le poids des composantes ou l’amplitude de mouvement.»

Par ailleurs, des chercheurs chinois ont démontré qu’à très petite échelle, la motorisation de drones par battement d’ailes est légèrement plus efficace que celle assurée par des rotors. Mais quel est le plus grand défi technique de ce projet? «Le contrôle, répond d’emblée Louis-Simon Malo. Parce que l’être humain, seul, ne serait pas assez habile pour stabiliser le vol. Une assistance au niveau du contrôle et de la stabilisation de l'engin est donc nécessaire.»

Ce contrôle devra donc être appuyé par une technologie dite embarquée. Il faut donc prévoir, à l’intérieur du prototype, des capteurs spéciaux, des accéléromètres, et un ordinateur pour régir certains aspects du vol, en temps réel.

Pour ajouter à ces défis, les responsables du projet ont fixé une limitation de poids à 35 g pour le prototype, incluant la batterie, le châssis et l’ordinateur de bord, un processeur de 2,2 g qui doit comporter à la fois une puissance de calcul suffisante et l’espace de stockage du programme de contrôle.

Biomimétisme et drones

Le développement d’un prototype qui reproduit le vol du colibri pourrait trouver des applications concrètes en permettant de créer de nouveaux types de drones qui offriraient davantage de maniabilité dans des endroits restreints. Par exemple, ces drones pourraient un jour aider à la recherche de victimes dans un bâtiment effondré. Aussi, comme le pilotage de produits radiotélécommandés est un passe-temps en vogue, un drone cherchant à obtenir les performances de vol du colibri, d’une manœuvrabilité inégalable, pourrait devenir très attrayant pour les amateurs.

Mais l’objectif initial du projet est surtout d’avancer dans une application du biomimétisme, un peu à la manière d’un groupe de chercheurs de Harvard qui tente de reproduire des abeilles mécaniques. «La nature est si évoluée qu'aucune pensée humaine n'est capable de rivaliser avec elle sur certains points! Et comme elle ne possède aucun copyright, pourquoi ne pas s'en inspirer?», peut-on lire sur le site web du projet Colibri.