FlexiQuad : le drone annulaire résistant aux collisions de l'ETH Zurich
Les inventeurs déposent une demande de brevet pour un quadricoptère agile qui se déforme à l'impact et maintient son vol à des vitesses allant jusqu'à 80 km/h.
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Des chercheurs en robotique de l'ETH Zurich ont conçu un quadricoptère sans corps central rigide qui absorbe les collisions sans s'écraser. Inventé par Luca Girardi et Stefano Mintchev, le drone annulaire FlexiQuad repose sur une structure élastique qui fléchit latéralement à l'impact tout en conservant la rigidité verticale nécessaire au vol. Les inventeurs ont déposé une demande de brevet pour le dispositif, qui a également obtenu une nomination pour le Spark Award de l'université.
Une structure annulaire inspirée des ailes d'insectes
Pendant plus d'un siècle, les drones multirotors se sont appuyés sur un moyeu central rigide supportant des bras orientés vers l'extérieur. Comme le rapporte TechXplore, Luca Girardi et Stefano Mintchev ont inversé cette architecture en supprimant entièrement le fuselage central. Les composants, notamment les rotors, les modules de contrôle et l'alimentation, sont répartis sur un périmètre circulaire flexible.
Le comportement mécanique de la structure s'inspire directement de structures biologiques. L'équipe a analysé la flexibilité anisotrope des ailes d'insectes et d'oiseaux, qui résistent à la flexion pendant les battements de vol mais fléchissent à la rencontre d'obstacles. FlexiQuad fonctionne selon la même logique : la structure se courbe horizontalement pour absorber l'énergie d'un choc, tout en restant rigide verticalement afin que la poussée des hélices se transmette directement en accélération du véhicule. La cellule du prototype coûte moins de 15 francs suisses en matières premières, et les éléments annulaires peuvent être démontés pour tenir à plat dans un bagage.
« Doux ne signifie pas automatiquement lent. »
— Luca Girardi, chercheur à l'ETH Zurich
Survivre à des impacts à 25 km/h
Les véhicules aériens souples souffrent souvent de caractéristiques de vol peu réactives, mais les essais menés par les inventeurs ont montré que FlexiQuad se comporte comme les quadricoptères rigides classiques en air libre. Le prototype atteint une accélération linéaire et angulaire comparable à celle des modèles conventionnels, avec des vitesses de vol maximales de 80 km/h.
La capacité de survie aux crashes a été évaluée lors de tests physiques sur obstacles décrits par TechXplore. Les chercheurs ont fait voler le drone directement contre des barrières solides à des vitesses allant jusqu'à 25 km/h. Au contact, le périmètre élastique se déformait momentanément, dissipait l'énergie cinétique et reprenait sa forme sans déséquilibrer la machine. Girardi a précisé que les vitesses d'essai étaient limitées avant tout par le couloir de vol intérieur nécessaire pour accélérer l'appareil avant l'impact, et non par les limites physiques de la structure.
Transport de charges utiles et récupération réflexe
L'architecture ouverte élargit les fonctions mécaniques que le véhicule peut remplir. Comme l'anneau peut se comprimer activement autour de cibles, FlexiQuad peut saisir et transporter des objets grâce à son ouverture centrale. Lors d'essais en laboratoire, le prototype a réussi à saisir et à transporter une trousse de premiers secours souple, portant une charge utile plus lourde que sa propre masse structurelle. Les applications décrites dans la demande de brevet incluent l'inspection des caisses de ballast des navires de fret, la progression dans des bâtiments effondrés lors d'opérations de recherche et sauvetage, et le déploiement d'un filet à travers la structure creuse pour capturer des drones hostiles.
Piloter une cellule déformable pose des défis pour la navigation autonome. Les vibrations consécutives à un impact peuvent brouiller momentanément les flux des caméras et perturber l'estimation d'état. Pour y remédier, les chercheurs ont appliqué des algorithmes d'apprentissage par renforcement s'appuyant sur les capteurs de mouvement inertiels embarqués, imitant des réflexes biologiques automatiques pour stabiliser l'assiette de vol immédiatement après un choc contre un obstacle, avant de rendre le contrôle aux routines de navigation standard.
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