Une nouvelle conception pourrait révolutionner la surveillance de l'environnement, les opérations de sauvetage et bien d'autres choses encore.
Les aimants permanents fabriqués à partir d'éléments de terres rares sont bien connus pour leurs applications dans les moteurs électriques, les éoliennes et l'électronique grand public. Cependant, la robotique est en train de devenir un autre domaine d'application crucial. Une équipe de chercheurs de l'Université technique (TU) de Darmstadt et du Centre Helmholtz de Dresde-Rossendorf, en Allemagne, a récemment présenté une invention révolutionnaire dans ce domaine : des ailes robotiques flexibles qui ne sont pas alimentées par de l'électronique ou des batteries, mais qui réagissent aux forces aérodynamiques comme des ailes de papillon, en ajustant leurs mouvements en conséquence. Cela est possible grâce aux champs magnétiques.
Inspiré par le papillon monarque, réputé pour son endurance et sa capacité d'adaptation exceptionnelles, qui migre chaque année sur des milliers de kilomètres, le Les chercheurs de l'Université de Darmstadt expliquent que la clé de son vol remarquable réside dans les ailes de l'insecte. La combinaison de mouvements actifs et de flexions passives permet une locomotion aérienne très efficace.
Avec ce modèle naturel à l'esprit, les scientifiques ont développé des ailes en plastique souple dans lesquelles sont intégrées des particules magnétiques de néodyme-fer-bore (NdFeB), le matériau utilisé pour les aimants permanents de terres rares les plus puissants que l'on connaisse. Les champs magnétiques externes générés par les aimants NdFeB font bouger les particules, ce qui fait plier les ailes et imite les mouvements de vol du papillon. À l'avenir, des générateurs de champs magnétiques miniaturisés pourraient même être intégrés dans les appareils volants eux-mêmes, ce qui leur permettrait de se déplacer de manière autonome.
Le plus grand défi : concilier flexibilité et durabilité dans la conception
L'impression 3D a permis de créer douze modèles d'ailes différents, dont certains incorporaient des structures inspirées des nervures naturelles des ailes des papillons monarques. L'équipe a examiné comment ces motifs influençaient l'agilité et l'efficacité des ailes au moyen d'une série d'analyses et d'expériences. Selon l'auteur principal, Kilian Schäfer, le principal défi consistait à imprimer des structures ultra-minces et flexibles qui soient encore suffisamment robustes pour résister aux contraintes et aux déformations. Les résultats, publiés dans Systèmes intelligents avancés, Les résultats de l'étude d'impact sur l'environnement de la Commission européenne démontrent que les ailes plus grandes avec des structures en forme de veines répondent le mieux à ces exigences.
Papillons magnétiques imprimés en 3D : Les ailes robotisées inspirées de l'efficacité et de l'adaptabilité des ailes des papillons monarques permettent des mouvements précis sans électronique ni batterie. Photo : TU Darmstadt/Killian Schäfer
Selon les chercheurs, les applications potentielles de leur invention sont nombreuses. Dans les domaines de la surveillance de l'environnement et de l'agriculture, les robots “ailés” pourraient être utilisés pour surveiller les populations de pollinisateurs importants comme les abeilles ou pour évaluer la qualité de l'air. Ils seraient également parfaits pour les opérations de recherche et de sauvetage dans les zones sinistrées difficiles d'accès, car les ailes permettent une conception compacte et économe en énergie. Cette nouvelle approche pourrait également être appliquée à d'autres robots légers et changeant de forme, tels que ceux utilisés en chirurgie mini-invasive, permettant des mouvements précis et contrôlés.
Cependant, des recherches supplémentaires sont encore nécessaires et les ailes elles-mêmes doivent être optimisées, explique le deuxième auteur principal, Muhammad Bilal Khan. Outre les générateurs de champ magnétique intégrés, les chercheurs étudient également la manière dont les mouvements et les trajectoires de vol peuvent être contrôlés par des modifications du champ magnétique.
Plus d'innovation dans la robotique: Il y a deux ans, Nous avons parlé d'un robot capable de passer de l'état solide à l'état liquide. Ici aussi, les champs magnétiques sont essentiels, de même que le gallium, un métal technologique qui peut se liquéfier à une température légèrement inférieure à 30 degrés Celsius. À l'instar des ailes de papillon magnétiques, de nombreuses applications potentielles existent, allant de la chirurgie à l'administration de médicaments, en passant par les réparations dans des conditions difficiles.
