Les huards, les goélands, les macareux et les pétrels font partie des 100 espèces d’oiseaux capables à la fois de voler et de nager. Ces oiseaux plongeurs peuvent plonger dans l’eau pour nager après leurs proies, puis sauter dans les airs pour s’envoler. Aujourd’hui, inspirés par ces aviateurs naturellement aquatiques, les ingénieurs de l’EPFL et du MIT ont conçu un robot capable de nager sous l’eau et de sortir de l’eau pour continuer à voler dans les airs, un peu comme les oiseaux plongeurs.

Le « véhicule aérien-aquatique à ailes battantes » ou FAAV, pèse moins de 300 grammes et est conçu pour aider les scientifiques à étudier les mécanismes qui permettent aux oiseaux plongeurs de voler dans l’air et l’eau. Le robot possède un corps central, ou fuselage, deux ailes flexibles et battantes et une queue orientable. Les ailes et la queue peuvent être remplacées par différentes tailles. Dans des expériences menées dans un réservoir d’eau et un lac, les ingénieurs ont identifié des combinaisons de taille d’aile, de fréquence de battement et d’angle de queue qui permettent au robot de passer en douceur de la nage dans l’eau à la percée de la surface, puis au vol dans les airs.

Leurs résultats, publiés dans Sciencepeut aider les scientifiques à comprendre comment les oiseaux plongeurs adaptent leur mécanique de vol pour se déplacer dans l’air et dans l’eau, qui ont des propriétés physiques très différentes. Cette conception pourrait également lancer une nouvelle classe de drones et de véhicules aériens et aquatiques. Les chercheurs envisagent que de tels robots ailés pourraient être déployés pour voler vers et échantillonner des régions aquatiques qui seraient autrement trop dangereuses pour l’accès des navires océaniques traditionnels.

«Notre rêve est que les océanographes, les biologistes marins et les communautés côtières lancent ce robot depuis un bateau ou depuis le rivage, et qu’il volerait à proximité de la zone d’intérêt, comme un iceberg, une installation portuaire ou un groupe de baleines», explique l’auteur principal et ancien chercheur de l’EPFL, Raphael Zufferey, aujourd’hui professeur assistant de génie mécanique au MIT. « Il plongerait dans l’eau pour prendre une mesure ou prélever un échantillon, puis reviendrait pour fournir les données à une fraction du coût des méthodes traditionnelles. Il pourrait ensuite repartir pour plonger pour en savoir plus. »

Mécanique de vol

Zufferey a commencé à travailler sur le robot en tant que chercheur postdoctoral au Laboratoire des systèmes intelligents (LIS) et laboratoire de biorobotique (BioRob) à la Faculté d’ingénierie de l’EPFL, sous la direction des chefs de laboratoire respectifs et co-auteurs Dario Floreano et Auke Ijspeert. Il a terminé ses travaux au MIT, où il dirige désormais le Laboratoire AURAqui se concentre sur l’ingénierie de véhicules aériens et aquatiques bioinspirés. L’étude inclut également des co-auteurs du Northwest Indian College (États-Unis).

En gardant à l’esprit la biomécanique des oiseaux, l’équipe a développé un robot doté d’ailes constituées de fines membranes recouvertes de nanoparticules hydrophobes pour aider à évacuer l’eau. Le corps contient une batterie et un moteur électrique étanche qui entraîne un vilebrequin, qui à son tour pompe les ailes de haut en bas à des fréquences prédéfinies. La queue est motorisée, ce qui lui permet de changer d’angle pour aider le robot à voler vers le haut ou à plonger.

Les chercheurs ont réalisé des expériences d’abord dans un petit réservoir d’eau à l’EPFL, puis dans le lac Léman. Ils ont constaté que la taille des ailes (80 centimètres) et la flexibilité sont essentielles ; les ailes doivent être suffisamment flexibles pour minimiser l’amplitude des battements dans l’eau et suffisamment fermes pour maintenir le robot en l’air. Le robot pouvait nager à une vitesse de près d’un mètre par seconde lorsqu’il battait à une fréquence d’environ 5 hertz (cinq battements par seconde), et voler à environ 6 mètres par seconde lorsqu’il battait à une fréquence similaire. Ces vitesses et fréquences de battements sont similaires à celles des oiseaux plongeurs réels. Pour passer de l’eau à l’air, le robot doit être incliné à un angle relativement raide de 70 degrés pour empêcher ses ailes de toucher la surface de l’eau.

Comme un oiseau, mais sans pattes

Il est intéressant de noter que cette combinaison de taille d’aile, de fréquence des volets et d’inclinaison de la queue a permis au robot de nager sous l’eau, de décoller de la surface et de voler sans ce dont de nombreux oiseaux plongeurs ont besoin : les pieds. « Si vous regardez les oiseaux, la plupart d’entre eux ont besoin de ramer leurs pattes à la surface pour décoller. Et la question était : avons-nous besoin de la même chose pour les robots ? Et il s’avère que ce n’est pas le cas », explique Zufferey. « Personne n’a été capable de voler hors de l’eau avec des ailes. »

À l’avenir, l’équipe améliore la conception des ailes pour leur permettre de tourner en plus de battre de haut en bas. Ils testeront également les performances du robot dans des conditions turbulentes, comme nager hors des eaux agitées et voler dans le vent. Ensuite, ils espèrent déployer le véhicule pour aider à répondre aux questions liées aux sciences océaniques.

Financement

Ce travail a été soutenu en partie par une bourse Marie Skłodowska-Curie Actions et en partie par le Fonds national suisse (subvention n ° 10.002.693).

Références

Raphaël Zufferey ; Simon L. Jeger ; Moritz Hüsser ; Fernando Ruiz; Antoine Lapsanski ; Auke Ijspeert ; Dario Floreano. Sauter hors de l’eau : locomotion aérienne-aquatique avec battements d’ailes. Sciences (2026). 10.1126/science.aeb6744

Auteurs : Jennifer Chu, MIT Actualités , École d’ingénieurs de l’EPFL

Source: EPFL

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