UMR CNRS 7253

Les problèmes soulevés par la robotique mobile restent encore aujourd’hui difficiles à surmonter en premier lieu du fait que ces objets évoluent en milieu souvent inconnu, d’autre part parce qu’il est difficile d’y embarquer des algorithmes de contrôle complexes, et enfin pour des raisons de compromis à faire entre temps de fonctionnement et compacité. L’évolution de l’informatique embarquée et l’amélioration continue des systèmes de motorisation électrique moteurs et batteries permettent aujourd’hui de dépasser cette limite sur des robots de petites tailles et d’envisager de les munir d’une autonomie suffisante pour des applications industrielles ou au service du public. Beaucoup considère cette décennie comme le début de l’ère de la robotique de service. Dans le domaine de la robotique volante, les drones miniatures tiennent une place particulière. Ils n’ont pas encore de marché à proprement parlé, mais un grand nombre de développements ont été conduits ces dernières années, conditionnés par des besoins exprimés par les acteurs militaires et civils. Pour les militaires, le drone est un support pour étendre la portée de vue du fantassin. Etant donnée une durée de vie potentiellement limitée, le coût du porteur doit être réduit. Dans le domaine civil, l’utilisation des drones miniatures est envisagée pour déporter des capteurs, l’application la plus directe concernant la prise de vue. Dernièrement une entreprise de rénovation de monuments présentait dans un journal à 20 heures une application de prise de vue de ses chantiers pour montrer l’avancée des travaux aux donneurs d’ordre. La difficulté qui se présente concerne le danger potentiel que représentent ces objets. Jusqu’à récemment, les drones n’avaient pas d’existence réglementaire, et n’avaient donc pas le droit de voler sauf à se faire passer pour des maquettes de modélisme. La réglementation évolue positivement au sens où il commence à y avoir une reconnaissance de la spécificité de ces machines, mais en même temps la mise en place d’une réglementation se fait en tenant compte de la dangerosité de ces matériels. Ainsi se profilent des démarches de certification qui seront très difficiles à passer. Fort de ce constat, il semble que la prise en compte de l’innocuité de l’objet lors de sa conception peut présenter un avantage non négligeable sur un marché naissant où se pressent de plus en plus d’acteurs. L’objectif de ce projet est de mettre au point une machine multi rotors qui échappe au mieux à ces contraintes sécuritaires en éliminant le danger de part la nature de sa structure. Le concept mis en avant serait de réaliser une structure en matériau souple et gonflable en y incorporant des actionneurs légers lui permettant de voler. L’élasticité d’une telle « coque » assurerait une protection passive très importante en cas de contact, et un fort ralentissement en cas de chute. Concernant le cœur de notre proposition, Il ne s’agit pour l’instant que d’une idée dont il s’agit de démontrer la viabilité. Par contre l’équipe drone du laboratoire HeuDiaSyC possède une longue expérience dans le développement de plate forme volante, tant sur le plan mécanique qu’informatique. En particulier, elle travaille depuis longtemps sur la commande des hélicoptères multi rotors, ce qui permettra un fonctionnement rapide du premier prototype si la structure s’avère fabricable.

  A l’idée de base de concevoir une machine autour d’une structure porteuse inoffensive et peu couteuse en film PVC gonflable, d’autres éléments d’innovation pourraient se greffer à ce concept :

• Protection de l’électronique et des capteurs dans l’enveloppe de PVC
• Incorporation de cellules photovoltaïques souples dans le film PVC pour suppléer en partie les batteries, voir les supprimer.
• Incorporation dans un « obus » pour catapultage et ouverture en vol par gonflage de la structure grâce à une cartouche de gaz

Figure 1 : exemple d'application : lancement balistique et déploiement par gonflage

Les verrous scientifiques liés au projet et aux multiples innovations qu’il engendre sont les suivants :

• Développement d’algorithmes de commande pour la stabilisation, le vol en translation d’un hélicoptère à huit rotors (quatre double rotors contrarotatifs)
• Estimation d’état, localisation et navigation par fusion multi-capteurs
• Etude de la phase de déploiement du prototype catapulté et déployé en vol, et stabilisation après ouverture
• Augmentation du temps de vol par alimentation conjointe batteries/cellules photovoltaïques et fonctionnement en mode « capteurs abandonnés »
• Etude de l’extension du drone vers une configuration convertible en mode avion avec rotors basculants

Ce projet n’a pour l’instant reçu aucun financement propre. Par contre, la thématique drone a déjà été soutenue par l’intermédiaire de 12 projets d’un montant total de 800 K€ complétés de l’encadrement de 12 thèses pour un montant total de 500 K€. Une liste exhaustive des projets est donnée en Annexe 1.   En particulier, on peut citer certaines relations directes avec les projets de l’équipe :

• Le projet ANR HORUS (2009-2011) consiste à développer une architecture embarquée modulaire qui pourrait être exploitée dans le projet X∞AIR
• La perspective de catapultage du projet X∞AIR est en lien avec le projet ANR Démonstrateur GLMAV (2010-2013) qui concerne la réalisation d’un système hybride projectile/drone miniature
• Le projet PEPS HYDRONE (2010) traite de la commande d’un drone hybride hélicoptère-avion par basculement des rotors d’un hélicoptère à décollage vertical vers le mode avion et de l’alimentation par énergie solaire
• Les développements algorithmiques en vision stéréoscopique du projet régional ALTO (2008-2011) qui traite du décollage automatique tous terrains de robots volants pourront être testés et validés dans le projet X∞AIR, de même que ceux développés dans le projet d’assistance à la navigation par flux optique de la FRAE (2007-2011).