Bioinspired microstructures

Le projet d'Objet Volant Mimant l'Insecte (OVMI) concerne la réalisation, à partir des technologies de la microélectronique et des microsystèmes, d’une structure de la taille d’un insecte volant capable d’imiter son vol battu.
Outre les aspects inhérents à la fabrication, l’originalité de la recherche réside également dans la reproduction d’une cinématique des ailes similaire à celle des insectes à l’aide d’un concept de combinaison en quadrature de phase des modes de battement et de torsion des ailes artificielles. Les avantages offerts par un tel système sont multiples : on disposerait en effet d’un objet d’une grande agilité, capable de faire du vol stationnaire tout en assurant une discrétion visuelle et acoustique.

Aussi, il serait en mesure de se déplacer dans des espaces confinés, de fonctionner en essaim (support à des réseaux de capteurs communicants) pour recueillir des informations dispersées et de les centraliser rapidement, de transporter des micro-charges utiles comme une micro-caméra, un micro-capteur de température de pression, un micro-récepteur audio et tout cela, à bas coût en raison d’une fabrication simple et collective.

A ce jour, l’IEMN est le seul laboratoire à proposer au niveau international une technologie microsystème viable pour la réalisation d’un tel nano-drone.

Résultats majeurs

Figure  3.1 : a) Design et modèle du nanodrone, b) le prototype d’une envergure de 3 cm, une masse ~ 20 mg avec des ailes en SU-8 et en parylène, c) les enregistrements respectivement des modes de battement et de torsion  des ailes, de l’amplitude en bout d’aile et de la portance en fonction de la fréquence. L'angle de battement pour une aile atteint une valeur élevée de 30° et la portance obtenue à la seconde quadrature est légèrement supérieure au poids du prototype.

Articles principaux

[1] D. Faux, O. Thomas, E. Cattan & S. Grondel, EPL-Europhys. Lett. (2018), 121, 6
[2] D. Faux, O. Thomas, S. Grondel & E. Cattan, Journal of Sound and Vibration (2019), 460, 114883
[3] M. Colin, O. Thomas, S. Grondel & E. Cattan, Journal of Fluids and Structures (2020), 97, 103056
[4] S. Grondel, M. Colin, M. Zwingelstein, S. Ghenna, C. Soyer, E. Cattan & O. Thomas, Modern Technologies Enabling Safe and Secure UAV Operation in Urban Airspace (2021), 59, 52

Travaux en cours - Prospectives

  • Définition de la structure idéale pour le thorax et les ailes (simulations et expérimentation).
  • Intégration de l’actionneur électromagnétique. Le coût énergétique de l’actionnement doit être évalué et optimisé à l’aide de simulations et de mesures expérimentales
  • Détermination des efforts aérodynamiques générés à bas Reynolds sur les ailes et optimisation des performances en termes de portance.

Collaborations

  • École supérieure de physique et de chimie industrielles (ESPCI),
  • École Nationale Supérieure des Arts et Métiers (ENSAM),
  • INSA Hauts-de-France (INSA HdF)
  • Agence de l'innovation de défense (AID)

Responsable : Sébastien Grondel (@email)