Nanodrone basé sur le contrôle d’ailes vibrantes – NANOFLY

Parmi les espèces volantes observées dans la nature, les insectes démontrent les capacités aériennes les plus impressionnantes en termes de vol stationnaire ou d’accélération soudaine et leur diversité apporte de multiples solutions pour concevoir des nanodrones bio-inspirés. À ce jour, le secteur des microsystèmes n'a pas été pleinement utilisé pour la fabrication d'objets volants imitant les insectes et les chercheurs n'ont pas encore réalisé de prototypes avec une structure entièrement flexible qui soient capables de voler. En outre, bien que la compréhension du vol de l’insecte se soit considérablement développée, il reste un grand nombre de questions à résoudre quant au rôle exact des effets sur les ailes de vibrations non linéaires, d’aérodynamique instationnaire et d’aéroélasticité pour des faibles Reynolds et à des petites échelles. Dans les domaines militaire et civil, la capacité au vol stationnaire associée à une grande agilité, constitue une plate-forme idéale pour la reconnaissance.

Une équipe composée de chercheurs de l'IEMN et de l'ENSAM a été mise en place dans un précédent projet ANR-ASTRID nommé « CLEAR-flight » et a permis les avancées majeures résumées ci-dessous :
- une technique de microfabrication du corps et des ailes d’un nanodrone, intégralement en matériau polymère, totalement maîtrisée,
- une intégration réussie de microactionneurs électromagnétiques pour la reproduction d’une cinématique similaire à celle des insectes à l’aide d’un concept de combinaison de modes résonants,
- la prédiction et la génération d’une force de portance reproductible équivalente au poids des prototypes,
- la conception et la réalisation d’une carte électronique de commande et de localisation du nanodrone à partir de composants pris sur étagère,
- la démonstration du vol stationnaire d’un microdrone fonctionnant avec des moteurs électriques.

L’objectif de ce projet intitulé « nanodrone basé sur le contrôle d’ailes vibrantes » (NANOFLY) est de réaliser un objet de taille centimétrique alimenté par des fils électriques capable de faire du vol stationnaire, ce qui implique d’avoir un rapport entre la force de portance et le poids du prototype actuel multiplié par trois et donc des amplitudes de battement et d’inclinaison des ailes artificielles deux fois plus importantes. Le but est de se rapprocher des performances des insectes capables de générer de grandes amplitudes et soulever plusieurs fois leurs poids. En premier lieu, l’ENSAM et l’IEMN proposeront des solutions basées sur un couplage de modes maîtrisé des ailes artificielles et une optimisation de l’actionnement et de la flexibilité de la structure afin d’obtenir une cinématique avec de grandes amplitudes. En liaison avec l’ESPCI, le modèle de la dynamique des ailes sera amélioré pour intégrer à l’optimisation le couplage aéroélastique et une série de mesures d’écoulements et de forces sera développée sur les prototypes optimisés. Dans une troisième partie, l’ENSAM, l’IEMN et l’ESPCI travailleront sur le développement d’un banc d’instrumentation et de mesure pour le contrôle du vol stationnaire du nanodrone ainsi que sur la programmation de la commande en boucle fermée. Certains tests préliminaires pourront être réalisés sur le microdrone opérationnel avant d'être effectués sur le nanodrone. Le livrable consiste en la démonstration et le contrôle du mouvement du nanodrone selon l’axe vertical. La dernière étape portera sur une veille scientifique et technologique effectuée tout au long du projet dans la perspective d’avoir un nanodrone autonome et capable d’effectuer des missions de reconnaissance. Ainsi un état de l’art complet sera effectué sur les solutions proposées dans la littérature pour miniaturiser les batteries, les composants électroniques nécessaires à la navigation, au traitement de données et à la communication ainsi que sur les capteurs embarqués sensibles à l'environnement ou capables de cartographie.