Les drones à grande vitesse naviguent dans les forêts sans GPS

Des chercheurs du Laboratoire de mécatronique et de systèmes robotiques de l’Université de Hong Kong (MaRS LAB) ont présenté un système de navigation qui permet aux drones à grande vitesse de détecter des objets d’une épaisseur de centimètres tout en vol rapide. Le système combine des capteurs avancés, des composants de drone légers et un nouveau cadre de trajectoire de vol pour éviter les obstacles en temps réel tout en accélérant à travers des zones congestionnées. Voici ce que vous devez savoir.

Comment les drones à grande vitesse sont conçus pour imiter le vol des oiseaux

Il ne fait aucun doute que la technologie des drones a connu des améliorations significatives au cours des dernières années. Les drones d’aujourd’hui peuvent parcourir de plus longues distances, transporter plus de poids et supporter davantage de capteurs que leurs prédécesseurs. De plus, ils sont beaucoup moins chers à produire et plus facilement disponibles.
En dépit de ces avancées, aucun drone n’est encore capable d’égaler la capacité d’un oiseau à déterminer les trajectoires de vol en temps réel tout en tenant compte de variables imprévues comme des branches ou d’autres oiseaux. Les drones peuvent parcourir de longues distances et atterrir à des emplacements précis. Cependant, ces appareils reposent encore sur des trajectoires de vol prédéterminées ou sur des entrées sensorielles externes comme le GPS pour se diriger vers leurs cibles.

Pourquoi la navigation autonome à grande vitesse a été un défi

À ce jour, les chercheurs n’ont pas réussi à déterminer comment réaliser une navigation de drone autonome, sûre et à grande vitesse sans dépendre d’une guidance externe ou de routes pré-cartographiées. Les problèmes proviennent de plusieurs enjeux, notamment la nécessité d’ajouter davantage de capteurs afin de permettre à ces engins de détecter plus d’obstacles.

Lorsque vous ajoutez davantage de capteurs, une puissance de calcul supplémentaire est nécessaire pour traiter les données sensorielles additionnelles. Plus l’ordinateur et les capteurs sont puissants, plus le poids ajouté au drone augmente, réduisant ainsi sa capacité à voler rapidement et à rester stable à grande vitesse.

Heureusement, ces restrictions ont peut‑être été surmontées par une équipe d’esprits ingénieux du Département de génie mécanique de la Faculté d’ingénierie de l’Université de Hong Kong (HKU).

Aperçu de l’étude: Navigation sécurisée pour les drones à grande vitesse

Le scientifique Yunfan Ren et une équipe d’ingénieurs ont publié¹ le Safety-assured high-speed navigation for MAVs dans Science Robotics récemment. L’étude éclaire une technologie de vol autonome de nouvelle génération conçue pour permettre aux drones et aux micro‑véhicules aériens (MAV) de naviguer dans des environnements complexes à des vitesses maximales sans entrée sensorielle externe.

Qu’est‑ce que le drone SUPER ? Spécifications et caractéristiques

Le drone SUPER est un MAV compact conçu spécifiquement pour démontrer le nouveau système de trajectoire de vol des ingénieurs. L’appareil a été conçu dès le premier jour pour être léger et agile. Il possède un facteur de forme compact avec un empattement de 280 mm et des éléments micro‑ordinateur qui lui confèrent un rapport poussée/poids impressionnant de +5,0 et un poids au décollage de 1,5 kg. Ces facteurs permettent au SUPER de voler à +20 mètres par seconde tout en évitant les obstacles.

Source – Université de Hong Kong

Calcul léger pour des performances à grande vitesse

Le cœur du SUPER est un ordinateur miniature capable de surveiller et de calculer les entrées sensorielles. La carte légère offre à l’engin davantage d’autonomie de vol tout en améliorant ses capacités par rapport à ses prédécesseurs. De plus, l’ordinateur de vol peut prendre en charge des points de cheminement, le GPS et d’autres formes de navigation externe lorsque cela est nécessaire.

Comment le LiDAR et les capteurs guident le vol autonome

La suite de capteurs embarquée est ce qui permet à l’engin de fonctionner avec de telles performances et dans différentes conditions. L’unité intègre un capteur LiDAR 3D léger (détection et télémétrie par lumière) qui lui permet de détecter des objets aussi fins qu’une brindille à plus de +70 mètres. Notamment, les données LiDAR sont introduites directement sous forme de nuages de points le long du trajet. Cette approche offre des temps d’entrée et de réponse beaucoup plus rapides pour l’ordinateur de trajectoire de vol.

Planification et ajustements de trajectoire de vol en temps réel

Les ingénieurs ont adopté une approche unique de la planification de vol. Par exemple, le système scanne et met constamment à jour les trajectoires de vol de l’engin. Le nouveau coordinateur de trajectoire crée deux chemins différents comme options pour le drone. Le premier chemin est la route la plus dégagée, tandis que le second comporte des vecteurs inconnus. À partir de là, l’ordinateur utilise les données en temps réel pour ajuster les schémas en fonction de la situation.

Tests de la navigation de drones à grande vitesse dans des environnements réels

Les ingénieurs ont réalisé plusieurs tests afin de s’assurer que leurs drones à grande vitesse fonctionnent comme prévu. Ils ont mené de multiples essais en vol où l’engin devait naviguer sur un terrain complexe. De plus, les ingénieurs ont utilisé différentes conditions d’éclairage, y compris le noir complet, pour observer l’impact sur les performances du capteur.
Fait intéressant, l’équipe a choisi plusieurs sites pour la phase de test. Les sites d’essai allaient d’espaces de bureau intérieurs à des forêts denses extérieures. Lors d’un test, l’appareil a été envoyé traverser une forêt la nuit à grande vitesse. Pour accomplir cette tâche, l’appareil devait scanner, enregistrer et naviguer les obstacles en temps réel tout en se déplaçant à haute vitesse.

Résultats clés des essais de drones à grande vitesse

Le drone à grande vitesse a réalisé des vols autonomes dans plusieurs scénarios. Il a pu atteindre des vitesses de +20 mètres par seconde tout en naviguant simultanément dans des environnements complexes. Bien que non parfait, le système a enregistré une réduction de 35 fois du taux d’échec de vol grâce à la nouvelle méthode. De plus, la mise en place de la trajectoire a pris deux fois moins de temps, et l’appareil a volé plus rapidement que les drones traditionnels dans les mêmes scénarios de test.

Avantages de la technologie avancée des drones à grande vitesse

Il existe de nombreux avantages aux drones à grande vitesse capables de naviguer de façon autonome à travers un espace aérien dense. D’une part, ils peuvent être utilisés dans des applications où l’agilité et la navigation sécurisée sont essentielles à la réussite d’une mission. Ces appareils peuvent prendre des décisions en une fraction de seconde, leur permettant de déterminer la meilleure façon d’éviter un objet approchant tout en restant sur la bonne trajectoire.

Simplifier la programmation des drones grâce à l’intelligence embarquée

Déterminer une trajectoire de vol sûre pour les drones a toujours été un problème. À mesure que le trafic aérien augmente et que les itinéraires des drones deviennent plus complexes, la création de trajectoires nécessitera davantage d’efforts. Les systèmes autonomes présentés dans l’étude pourraient aider à réduire ces délais, l’engin étant capable d’apporter des modifications à la trajectoire en temps réel lorsque cela est nécessaire.

Applications réelles et calendrier pour les drones à grande vitesse

Il existe une longue liste d’applications pour les MAV autonomes et agiles (véhicules aériens miniatures). Ces appareils ouvriront la porte à un nouveau niveau de commodité et de réactivité. Des équipes d’urgence les utilisant pour localiser des survivants aux sites de commerce électronique livrant vos colis, les usages de ces dispositifs high‑tech sont nombreux.
Cette technologie de drones à grande vitesse pourrait être mise en œuvre d’ici un an ou moins. Plusieurs pays cherchent à devenir des acteurs mondiaux du marché des drones. Cette technologie sera certainement accueillie favorablement alors que les ingénieurs s’efforcent de rendre les drones plus intelligents et plus conscients. Vous pouvez vous attendre à une intégration militaire dans les deux prochaines années, avec des déploiements commerciaux sur le marché d’ici cinq ans.

Drones autonomes dans les missions de recherche et de sauvetage

L’une des utilisations clés de ces engins autonomes sera d’assister les missions de recherche et de sauvetage. Ces appareils pourront explorer de façon autonome les décombres après une catastrophe et localiser les survivants humains. Ils pourront demander des fournitures et d’autres aides essentielles, qui pourront également être livrées par drone au lieu du survivant jusqu’à l’arrivée de secours humains. À terme, le concept pourrait évoluer vers des drones capables de transporter directement les survivants en lieu sûr.

Comment les drones à grande vitesse pourraient révolutionner la livraison par drone

Des entreprises comme Amazon ont évoqué la livraison par drone depuis des années. Cependant, le concept s’est avéré bien plus difficile que prévu. Ce dernier développement devrait aider à faire avancer cette technologie, les appareils pouvant ajuster leur trajectoire de vol pour optimiser les performances. Par conséquent, la livraison le jour suivant pourrait devenir la norme.

Utiliser les drones autonomes pour la surveillance des infrastructures

Maintenir les ponts, les routes et autres infrastructures vitales en bon état de fonctionnement est une tâche monumentale qui nécessite une supervision constante. L’utilisation de drones autonomes pourrait aider à réduire la main‑d’œuvre nécessaire, tout en améliorant les capacités de ceux chargés de surveiller ces éléments essentiels. À l’avenir, les drones scanneront les infrastructures clés et avertiront les inspecteurs des dangers potentiels avant qu’ils ne deviennent un problème.

Surveiller l’environnement avec des drones autonomes

Un autre domaine où les drones autonomes pourraient faire une grande différence est la surveillance environnementale. Ces systèmes peuvent être configurés pour exécuter automatiquement des itinéraires et enregistrer tout changement dans l’environnement. Cette approche offre un nouveau niveau de conscience aux environnementalistes et pourrait également aider les scientifiques à suivre la santé de la planète.

Essaims de drones pour l’exploration et la collecte de données

Beaucoup considèrent les essaims de drones autonomes comme l’une des meilleures façons de découvrir et de cartographier de nouvelles zones. Cette approche élimine les risques pour les explorateurs et fournit des données en temps réel aux chercheurs pour les examiner et déterminer la meilleure action à suivre. Déjà, les drones autonomes se sont révélés essentiels dans l’industrie de la cartographie, où ils sont utilisés pour suivre des emplacements difficiles d’accès comme le fond océanique.

Chercheurs sur les drones à grande vitesse

Yunfan Ren était l’auteur principal de l’article de recherche sur les drones à grande vitesse. Il a été soutenu par le professeur Fu Zhang et une équipe de chercheurs du Département de génie mécanique de la Faculté d’ingénierie de l’Université de Hong Kong (HKU).

Objectifs de développement futur pour les drones à grande vitesse

La course est lancée pour améliorer l’autonomie, la vitesse et la puissance de traitement du SUPER. L’équipe cherchera désormais à repousser les limites du SUPER afin de rendre l’engin plus léger, plus agile, avec des temps de vol plus longs et capable de charges utiles plus lourdes. De plus, les ingénieurs souhaitent miniaturiser davantage le MAV, le rendant utilisable dans davantage de scénarios.

Investir dans le secteur des drones

Le marché des drones est un secteur en forte croissance qui fait concurrence à l’échelle mondiale. Notamment, la société chinoise DJI détient la plus grande part du marché des drones. Cependant, de nombreuses entreprises ont le potentiel de bouleverser l’industrie avec leurs nouveaux produits et modèles économiques. Voici une entreprise bien positionnée pour réussir.

EHang 

Ehang (EH ) est entré dans l’industrie des drones en 2014 pour rendre les drones transportant des passagers une réalité. L’entreprise reste essentielle pour faire passer les drones d’outils à une forme de transport fiable. À cet effet, elle a réalisé plusieurs accomplissements, dont le lancement du premier Véhicule Aérien Autonome (AAV) transportant une personne au monde.
En 2018, Ehang a conclu plusieurs partenariats haut de gamme et accords de développement. Notamment, l’un de ces accords comprenait une collaboration avec la ville de Lyon, France, sur un protocole de taxi aérien. Un autre partenariat, avec le groupe aérospatial autrichien FACC, visait à améliorer les capacités et la sécurité des drones passagers.