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Une volière pour la recherche sur les drones
Stephan Kälin, Empa
Ils entretiennent et réparent des bâtiments, observent des phénomènes naturels et transportent des marchandises : les drones et les robots pourraient jouer un grand rôle dans notre vie à l’avenir. Avec le « DroneHub », une sorte de volière doit être créée dans le bâtiment de recherche et d’innovation NEST sur le campus de l’Empa à Dübendorf, dans laquelle les chercheurs de l’Empa étudient et développent l’interaction entre les drones, l’infrastructure et la nature en collaboration avec des partenaires industriels et académiques.
L'homme et la machine : Dans le "DroneHub" du NEST, il s'agit de poser, en collaboration avec l'industrie, les jalons d'une future coexistence entre l'homme et les drones. Illustration: Empa
Tout comme le système immunitaire protège notre corps humain, les drones devront à l'avenir entretenir nos bâtiments et notre infrastructure. Ils détectent par exemple les dommages et effectuent eux-mêmes les travaux de réparation et d'entretien. C'est l'image qu'évoque le chercheur en drones Mirko Kovac lorsqu'il parle de sa vision de l'interaction entre les robots volants autonomes et notre environnement bâti. La comparaison avec la biologie et le corps humain n'est pas fortuite : en tant que directeur du laboratoire de recherche de l'Empa "Sustainability Robotics" et directeur de l'"Aerial Robotics Lab" à l'"Imperial College London", Mirko Kovac et son équipe s'inspirent de la nature dans leurs recherches. Il en résulte des drones qui entrent et ressortent de l'eau comme des oiseaux aquatiques et qui s’envolent en quelques secondes, ou des drones qui s'accrochent aux murs et aux plafonds et qui descendent en rappel sur de fins fils comme des araignées. Ou encore, des essaims entiers de bourdons, inspirés des colonies d'abeilles, sont capables de "construire" en se répartissant le travail et en utilisant des procédés d'impression 3D. Parallèlement, les chercheurs travaillent sur des robots volants bio-hybrides qui, une fois leur travail terminé, se décomposent biologiquement dans la nature et ne laissent aucune trace.
De tels systèmes de drones et d'autres sont aujourd'hui développés et testés dans des arènes de vol à l'Empa à Dübendorf et à l'"Imperial College London". En complément et pour rendre les conditions de développement encore plus réalistes, une volière doit maintenant être construite sur le bâtiment de recherche et d'innovation NEST, qui pourra être utilisée comme environnement de test extérieur permanent pour différentes applications. "Avec le 'DroneHub' au NEST, nous voulons notamment mieux comprendre les besoins de l'industrie et les intégrer dans notre recherche", explique Mirko Kovac, qui invite donc explicitement les entreprises intéressées à collaborer.
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Impression 3D en vol
Le "DroneHub" est une sorte de cage pouvant atteindre onze mètres de haut et un volume de 1000 mètres cubes. Il se compose d'une structure tubulaire et d'un treillis et se situe sur la plate-forme supérieure du NEST, entre les deux unités existantes "DFAB HOUSE" et "HiLo". Une fois achevé, le "DroneHub" offrira des environnements de test pour trois domaines de recherche. Côté nord, il d’agit d’une façade expérimentale. Le mur est équipé d'éléments interchangeables avec différentes surfaces et sert au développement de drones capables d'effectuer des travaux d'inspection et de réparation à la verticale. Il s'agit notamment de procédés d'impression 3D par voie aérienne - "Aerial Additive Manufacturing" dans le jargon. "Les drones peuvent par exemple détecter et réparer des fissures sans nécessiter d'échafaudages coûteux ni mettre en danger la sécurité des personnes", explique Mirko Kovac. La disponibilité permanente des drones augmente la vitesse à laquelle les dommages peuvent être réparés - ce qui permet de minimiser les éventuelles pannes de l'infrastructure. "Cela peut être particulièrement pertinent pour les installations énergétiques telles que les éoliennes ou les barrages", poursuit l'expert en drones. Le fait que le "DroneHub" se trouve à l'air libre, mais en même temps à l'intérieur d'une structure de bâtiment, offre des conditions réalistes en ce qui concerne le vent et les intempéries et les turbulences qui en résultent.
Une biosphère pour les capteurs environnementaux
Le deuxième domaine de recherche met l'accent sur l'interaction entre les drones et la nature. La recherche climatique actuelle est tributaire des données de capteurs et de surveillance de l'environnement. "Les drones sont des fournisseurs de données optimaux, en particulier dans les zones difficiles d'accès et très étendues. Ils peuvent placer des capteurs ciblés dans la nature et relever les données grâce à des vols réguliers", explique Mirko Kovac. L'important est que les systèmes de capteurs et de drones eux-mêmes n'aient pas d'influence néfaste sur l'environnement (voir page XX). Et c'est précisément de cela qu'il s'agit dans le "DroneHub" : dans un environnement aménagé naturellement avec des arbres et un sol forestier, il est possible de réaliser des tests avec des matériaux de drones et de capteurs biodégradables. Une partie de cette biosphère doit en outre servir de "serre" pour des structures robotiques bio-hybrides - c'est-à-dire pour cultiver des composants de drones en matériaux renouvelables et biodégradables, par exemple.
Règles pour la coexistence de l'homme et de la machine
Pour le troisième domaine de recherche, le "DroneHub" doit être complété par des interfaces avec le monde extérieur. "Si nous imaginons un avenir dans lequel les drones seront intégrés de manière naturelle dans le quotidien urbain et où les robots et les humains coexisteront, nous avons besoin pour cela de règles et de normes technologiques", explique Mirko Kovac. Cela commence par exemple déjà par les zones d'atterrissage sur ou près des bâtiments que les drones doivent atteindre de manière autonome - ou par les stations de recharge auxquelles les drones de transport se ravitaillent en énergie de manière autonome pour le prochain vol. Au "DroneHub", les chercheurs en drones s'occuperont du développement et de l'établissement de directives techniques pour de telles interfaces entre les bâtiments et les robots volants - et contribueront à ce que la cohabitation entre l'homme et la machine ne reste pas de la "science-fiction".
La région de Zurich assume un rôle de leader dans la recherche sur les drones
La recherche sur les drones de l'Empa est fortement mise en réseau au niveau national et international - entre autres par des collaborations avec l'EPFL et l'"Imperial College London". De plus, des activités liées aux drones se développeront également dans les prochaines années sur le parc d'innovation de Zurich, situé à proximité. Soutenue par l'initiative cantonale de numérisation, une infrastructure de test pour les véhicules et les avions autonomes est en train de voir le jour sous la direction de l'Université de Zurich, de la Haute école zurichoise des sciences appliquées (ZHAW) et de la Haute école des arts de Zurich (ZHdK). L'objectif à long terme du projet récemment lancé sous le nom de "LINA" est d'établir un organisme de certification pour les drones utilisés à des fins commerciales. Les chercheurs de l'Empa sont en train d'échanger avec "LINA" afin de promouvoir des activités complémentaires et de faire de la région de Zurich un véritable "hotspot" de la recherche suisse sur les drones.
Les drones dans leur élément
Des chercheurs de l'Empa développent des drones pour tous les domaines de l'environnement, représentés par quatre "éléments" : le feu, l'eau, la terre et l'air. Illustration : Empa
