Papillons et drones en conditions de vol confiné : aérodynamique, biomimétisme et IA au service du contrôle et de la stabilisation – BUCOLYC

Alors que la technologie des drones est mature pour le vol en plein air, la cas du vol confiné reste un défi important du fait des interférences aérodynamiques induites par les couplages complexes entre le drone lui-même et les parois environnantes, à l'origine de fortes perturbations sur le vol. Celles-ci rendent inopérantes les commandes usuelles de stabilisation des drones et réduisent considérablement leur manœuvrabilité. Notre projet vise relever ce défi en combinant des approches aérodynamiques, biomimétiques et d’apprentissage automatique afin d'améliorer le contrôle et la stabilité des drones dans des environnements confinés et proches des murs.
Notre étude portera à la fois sur les drones à voilure tournante et à ailes battantes (ornithoptères). Dans les deux cas, nous proposons d’enrichir les stratégies de contrôle usuelles (qui reposent principalement sur une réponse en boucle fermée à partir de données cinématiques embarquées) par une meilleure prise en compte?: (i) des perturbations aérodynamiques induites, (ii) de la position du drone relative aux parois et (iii) de solutions bio-inspirées dérivées de l’observation de l’adaptation du vol de papillons en milieu confiné et proche de parois.
Pour atteindre cet objectif ambitieux, notre consortium multidisciplinaire associe des experts en robotique et biorobotique, des mécaniciens des fluides et des entomologistes ainsi qu’un partenaire industriel (XTim) reconnu pour son leadership sur le marché des drones biomimétiques à ailes battantes.
Notre projet s’articule autour de plusieurs tâches scientifiques et techniques qui permettront de caractériser finement la dynamique du vol confiné et les perturbations aérodynamiques induites pour les drones multi-rotors et les drones à ailes battantes, à caractériser le vol libre et confiné de papillons à des fins biomimétiques et à intégrer les connaissances ainsi acquises dans des protocoles de commandes innovantes (basés sur l'apprentissage par renforcement) pour le vol stable de drones en milieu confiné ou en proche paroi. Ces taches s'appuient sur une combinaison d'installations expérimentales dédiées, d'observation sur le terrain de vols de papillons, de métrologie et simulations aérodynamiques de pointe et d'algorithmes d'apprentissage automatique avancés, tous développés au sein du consortium.
L’ensemble des avancées fera l’objet d’une synthèse et d’une validation en vue de l’implémentation, sur les drones commerciaux de nos partenaires industriels, des solutions et stratégies de contrôle identifiées dans les tâches précédentes. Les solutions et les stratégies de contrôle que nous développerons ont le potentiel de révolutionner le domaine du vol de drones en milieu confiné et de permettre un fonctionnement sûr, fiable et stable dans des zones autrefois considérées comme inaccessibles.