Au laboratoire de robotique du Worcester Polytechnic Institute (WPI), ils effectuent des tests petits drones fonctionnant par écholocation Ces drones, semblables à des chauves-souris, sont conçus pour opérer dans des conditions de visibilité nulle : obscurité, fumée épaisse ou orages. Ces aéronefs, de la taille d’une paume de main, sont destinés à… missions de recherche et de sauvetage dans des scénarios actuellement très complexes pour les modèles économiques.
L'équipe, dirigée par Nitin Sanket, professeur adjoint d'ingénierie robotique à WPI, part d'une réalité très répandue en situation d'urgence : Les catastrophes coupent l'alimentation électrique Et de nombreuses opérations se déroulent de nuit. C'est pourquoi ils se sont inspirés de la nature pour créer des plateformes qui volent grâce à des « oreilles » plutôt qu'à des caméras, renforcées par des algorithmes de navigation et de contrôle à faible consommation.
Comment fonctionne l'écholocation dans ces microdrones ?
Le prototype utilise un capteur à ultrasons C'est simple, similaire au fonctionnement des robinets automatiques : des impulsions sont émises et l'écho est mesuré pour calculer les distances et éviter les collisions. Ce principe, apparenté à celui utilisé par les chauves-souris, lui permet de détecter… obstacles transparents ou en cas de faible contraste, là où les caméras seraient insuffisantes.
Lors des démonstrations en laboratoire, le drone a d'abord été lancé en lumière ambiante, puis en faible luminosité. une faible lumière rougeainsi que du brouillard et de la neige artificiels. À l'approche d'une paroi en plexiglas, le système a freiné et inversé sa marche à plusieurs reprises, démontrant ainsi que l'écho acoustique était suffisant pour des manœuvres en toute sécurité.
L'un des obstacles était le bruit d'héliceCe qui perturbait les mesures ultrasoniques. Pour y remédier, les chercheurs ont conçu des boîtiers imprimés en 3D qui atténuent les interférences et orientent le faisceau acoustique, améliorant ainsi le rapport signal/bruit en vol.
L'équipe complète l'aspect physique par intelligence artificielle Ces modèles permettent de filtrer et de classifier les échos en temps réel. Ils aident à distinguer les réflexions pertinentes du bruit et des fausses alarmes, un facteur clé pour passer à des missions plus complexes sans augmenter la consommation d'énergie.
Des prototypes aux essaims autonomes
Au-delà du vol de base, les chercheurs cherchent à passer de Contrôle manuel aux déploiements coopératifs. L'idée est que plusieurs drones se partagent le terrain, apprennent des informations que les autres voient (ou entendent) et prennent des décisions locales quant aux zones de recherche à poursuivre, l'opérateur humain jouant le rôle de superviseur stratégique.
Dans cette optique, Ryan Williams, professeur associé à Virginia Tech, a travaillé sur la programmation de drones qui coordonnent leurs trajectoires avec celles des équipes de secours. Son équipe a utilisé données historiques provenant de milliers de cas utiliser des données de personnes disparues pour modéliser les déplacements d'une personne perdue en forêt et ainsi prioriser les zones de recherche les plus probables.
Grâce à ces modèles, le système positionne les drones dans les zones à plus forte probabilité et ajuste le schéma de recherche en fonction des nouvelles informations. La combinaison de planification de trajectoire Et les capteurs « acoustiques » ouvrent la voie à des solutions qui fonctionnent même sans GPS fiable ni vision claire.
L’objectif ultime, admettent les équipes, est que l’autonomie cesse d’être purement symbolique. Aujourd’hui, le déploiement de drones véritablement autonomes Elle est rare dans les opérations de sauvetage ; le défi consiste à démontrer la sécurité, la robustesse et la traçabilité des décisions relatives à son utilisation opérationnelle.
Applications et étendue opérationnelle
Ces dernières années ont fourni des exemples d'utilisation de drones dans des opérations de sauvetage : Inondations au PakistanUn cas survenu en Californie deux jours après une chute d'eau, ou la localisation d'un itinéraire sûr pour trois mineurs piégés au Canada. Il s'agissait de systèmes conventionnels, mais l'approche de WPI vise à combler les lacunes là où la vision fait défaut et où… timing c'est tout.
Si ces technologies arrivent à maturité, services d'urgence Europe et Espagne Elles pourraient s'avérer utiles dans des situations impliquant de la fumée, de la poussière, de la neige ou des espaces intérieurs complexes, tels que des bâtiments industriels, des tunnels ou des structures vétustes. L'essentiel, soulignent les chercheurs, est de maintenir des coûts bas et une consommation d'énergie réduite afin de permettre le déploiement simultané de nombreuses unités.
Pour faciliter l'adoption, le prototype WPI s'appuie sur des composants de qualité amateur et des conceptions compactes qui réduisent le coût global. Plus le matériel est abordable, plus il sera facile d'intégrer ces « batteries » en silicium aux catalogues de la protection civile.
Ce qui reste à résoudre
La nature place la barre très haut. Une chauve-souris est capable de discriminer les échos En sélectionnant les sons qu'il capte et en détectant des objets aussi fins qu'un cheveu à plusieurs mètres de distance, les drones sont encore loin d'atteindre ce niveau de sensibilité et de sélectivité, tant au niveau du matériel que du traitement.
Le projet WPI, qui a un subvention de la Fondation nationale pour la scienceDes progrès sont réalisés progressivement : amélioration des boîtiers, perfectionnement des filtres de signal, optimisation de la consommation d’énergie et renforcement de la navigation. Cependant, des défis subsistent, tels que le bruit de propulsion, l’énergie disponible dans des formats aussi réduits et la validation en conditions réelles et variables.
Parallèlement, l'écosystème universitaire explore comment intégrer l'apprentissage collecter des données de recherche réelles et coordonner les actions avec les équipes humaines sur le terrain. La convergence entre les capteurs acoustiques et la vision lorsque cela est possible et les modèles de mouvement pourraient accélérer le passage de la preuve de concept au déploiement.
Le tableau que dressent ces progrès est clair : microdrones avec des « oreilles »Peu coûteux et performants, ces drones pourraient assurer les opérations de recherche et de sauvetage de nuit et opérer en essaims par faible visibilité. Bien que des travaux techniques et réglementaires restent à mener, la voie tracée par WPI et Virginia Tech offre une solution réaliste pour opérer en toute sécurité dans l'obscurité, la fumée ou par temps orageux.
