Les papillons donnent des ailes à la robotique

Des chercheurs de l’Université technique de Darmstadt et du Centre Helmholtz de Dresde-Rossendorf ont développé des ailes de robot flexibles, animées par des champs magnétiques. Inspirées du papillon monarque (Danaus plexippus), elles offrent des mouvements précis sans électronique ni batteries. Cette innovation bio-inspirée pourrait révolutionner la surveillance environnementale, les opérations de sauvetage et les applications biomédicales.

Les papillons monarques sont connus pour leur endurance et leur capacité d'adaptation exceptionnelles. Chaque année, ils parcourent des milliers de kilomètres lors de leur migration entre le Canada et le Mexique. La clé de cette performance réside dans leurs ailes uniques, qui permettent aux insectes de voler de manière économe en énergie grâce à une combinaison de mouvement actif et de flexion passive. Ces propriétés ont inspiré le développement des ailes robotiques à entraînement magnétique.

L'équipe dirigée par Oliver Gutfleisch et Denys Makarov a construit des ailes en plastique souple dans lesquelles des particules magnétiques ont été intégrées. Des champs magnétiques externes font bouger ces particules, ce qui fait plier les ailes et imite les mouvements du vol du papillon.

Le processus de développement a été difficile : douze modèles d'ailes différents ont d'abord été réalisés à l'aide de l'impression 3D. Certains modèles comportaient des structures veineuses inspirées des veines naturelles des ailes du papillon monarque. L'objectif était de découvrir, en combinant des analyses par éléments finis et des expériences, comment ces motifs affectent la mobilité et l'efficacité des ailes.

Les résultats ont été publiés dans la revue « Advanced Intelligent Systems ». Ils montrent que les ailes plus grandes avec des structures nervurées sont particulièrement adaptables et insensibles et qu'elles peuvent être pliées plus facilement. « Le plus grand défi consistait à imprimer des structures ultrafines et flexibles qui soient en même temps suffisamment robustes pour résister aux contraintes », relève Kilian Schäfer, l'un des principaux auteurs de l'étude.

Les possibilités d'utilisation des ailes magnétiques sont nombreuses. Dans le domaine de l'environnement, des robots dotés de telles ailes pourraient par exemple être utilisés pour surveiller les populations de pollinisateurs ou pour étudier la qualité de l'air. Comme les ailes permettent de concevoir des robots petits et économes en énergie, ceux-ci seraient parfaits pour se rendre dans des zones sinistrées, par exemple, où ils pourraient être utilisés pour rechercher et sauver des personnes.

L'étude s'est concentrée sur le développement d'ailes magnétiques flexibles fonctionnant sans composants électroniques. Cette nouvelle approche peut également être appliquée à d'autres robots à géométrie variable. Cette nouvelle technologie ouvre par exemple des perspectives dans le domaine médical : des robots légers aux mouvements contrôlés avec précision pourraient être utilisés en chirurgie mini-invasive, par exemple pour opérer des tissus sensibles. De plus, les principes de la robotique bio-inspirée pourraient être appliqués au développement de muscles artificiels ou de matériaux intelligents, capables de changer de forme selon les besoins.

D'autres travaux de recherche sont nécessaires avant que cette nouvelle technologie puisse être utilisée. « Les ailes actuelles nécessitent encore des champs magnétiques externes, mais les développements futurs pourraient intégrer des générateurs de champ magnétique miniaturisés pour permettre des mouvements autonomes », souligne Muhammad Bilal Khan, également auteur principal de l'étude. L'équipe souhaite étudier comment des modifications du champ magnétique pourraient permettre de contrôler de manière complexe les mouvements et les trajectoires de vol.

https://doi.org/10.1002/aisy.202400620