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Gulls and puffins plunge into the sea, swim, then burst back into the air. A robot built by engineers at MIT and at the École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) now does the same in tests, in a water tank and on Lake Geneva. The team is led by Raphael Zufferey, an assistant professor of mechanical engineering at MIT. The machine is a prototype, and it weighs less than 300 grams, about half a pound.
Les goélands et les macareux plongent dans la mer, nagent, puis reprennent leur envol avec brusquerie. Un robot conçu par des ingénieurs du MIT et de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) réalise désormais la même séquence lors d’essais, en bassin et sur le lac Léman. L’équipe est dirigée par Raphael Zufferey, professeur adjoint en génie mécanique au MIT. La machine est un prototype, et elle pèse moins de 300 grammes, soit environ une demi-livre.
Inside the central fuselage sit a battery and a waterproof electric motor. The motor drives a crankshaft, a rotating arm that turns spinning motion into up-and-down motion, and that crankshaft pumps two flexible wings at preset frequencies. The wings are thin membranes coated with hydrophobic nanoparticles, which repel water and help wick it away. A motorized tail changes its angle so the robot can climb or dive.
Au centre du fuselage se trouvent une batterie et un moteur électrique étanche. Le moteur entraîne un vilebrequin, un bras rotatif qui transforme un mouvement de rotation en mouvement de va-et-vient, et ce vilebrequin fait battre deux ailes souples à des fréquences préréglées. Les ailes sont des membranes fines recouvertes de nanoparticules hydrophobes, qui repoussent l’eau et l’évacuent. Une queue motorisée modifie son angle pour permettre au robot de monter ou de plonger.
The researchers tested combinations of wing size, flapping frequency and tail angle until the robot could move smoothly from swimming to flying. The best results came from medium-size wings, flexible enough to limit how far they beat in water and firm enough to keep the robot aloft in air. Speeds and flapping frequencies were close to those of real birds, and a 70-degree pitch, a relatively steep angle, allowed the leap from water into air. Many diving birds paddle their feet to take off from the surface, but the robot needed no feet at all.
Les chercheurs ont testé différentes combinaisons de taille d’ailes, de fréquence de battement et d’angle de queue, jusqu’à ce que le robot puisse passer en douceur de la nage au vol. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec des ailes de taille moyenne, suffisamment souples pour limiter leur amplitude de battement dans l’eau, et suffisamment rigides pour maintenir le robot en l’air. Les vitesses et les fréquences de battement étaient proches de celles des oiseaux réels, et un tangage de 70 degrés, un angle relativement raide, a permis le saut de l’eau vers l’air. De nombreux oiseaux plongeurs pédalent des pattes pour décoller de la surface, mais le robot n’avait besoin d’aucune patte.
For oceanographers, marine biologists and coastal communities, the appeal is reach. Zufferey imagines launching the vehicle from a boat or from shore, flying it close to an iceberg, a port facility or a pod of whales, then diving for a measurement or a sample and flying back to deliver the data, at what he describes as a fraction of the cost of traditional methods. The team has announced no date and no partner for such missions. Its next steps are wings that can turn as well as flap, and tests in choppy water and in wind.
Pour les océanographes, les biologistes marins et les communautés côtières, l’intérêt réside dans la portée. Raphael Zufferey imagine lancer le véhicule depuis un bateau ou depuis la rive, le faire voler à proximité d’un iceberg, d’une installation portuaire ou d’un groupe de baleines, puis plonger pour une mesure ou un prélèvement, avant de revoler pour transmettre les données, pour un coût qu’il décrit comme une fraction de celui des méthodes traditionnelles. L’équipe n’a annoncé ni date ni partenaire pour de telles missions. Ses prochaines étapes sont des ailes capables de tourner en plus de battre, ainsi que des essais en mer agitée et par vent fort.
Zufferey points to frequency as much as to reach: « You could send this out not just every week, but every hour. » That is a vision for a machine still at prototype stage, and the robot has not yet been tested under turbulent conditions. The researchers hope to deploy it to help answer questions in ocean science, and they give no timeline for doing so.
Raphael Zufferey met autant l’accent sur la fréquence que sur la portée : « Vous pourriez l’envoyer non seulement chaque semaine, mais chaque heure. » Il s’agit d’une vision pour une machine encore au stade du prototype, et le robot n’a pas encore été testé dans des conditions turbulentes. Les chercheurs espèrent le déployer pour contribuer à répondre à des questions de science océanique, sans fixer de calendrier pour cela.