Un duo d’ingénieurs de l’université d’Auckland Nouvelle dextérité Le groupe de recherche a publié un article académique détaillant la conception et la construction d’un dirigeable robotique partiellement imprimé en 3D. Les auteurs, Gal Gorjup et Minas Liarokapis, ont déclaré que la conception open source à faible coût présentée dans l’œuvre est destinée à une utilisation en intérieur et sera utilisée à des fins éducatives et de recherche.

Le dirigeable assemblé en vol. Photo via l’Université d’Auckland.

Avion robotique d’intérieur miniature

Lors de la conception d’un avion miniature pour une utilisation en intérieur, il y a quelques éléments à prendre en compte. Premièrement, il doit être sûr, surtout s’il sera utilisé dans une salle de classe bondée. Les engins à grande vitesse avec des arêtes vives et des pointes sont généralement déconseillés en raison du risque d’empalement du globe oculaire. Il y a aussi le problème de la consommation électrique. Les petits aéronefs sans fil auront une alimentation électrique à bord limitée en raison d’un manque d’espace et, par conséquent, de capacité.

Les ingénieurs d’Auckland ont donc opté pour un dirigeable – un engin plus léger que l’air (LTA). Les engins LTA reposent sur des gaz internes qui sont « plus légers que l’air », utilisant la différence de densité pour rester à flot plus longtemps sans avoir besoin de puissance supplémentaire. Ils ont également tendance à avoir une enveloppe souple et à se déplacer relativement lentement en raison d’un manque de rotors à grande vitesse générant de la portance, de sorte que le risque de blessure par collision est minimisé.

Conception et construction

La première partie du projet consistait à choisir le bon gaz de levage pour remplir le dirigeable. Gorjup et Liarokapis ont choisi l’hélium plutôt que l’hydrogène ou l’air chaud en raison de sa faible densité et de son manque de réactivité, ce qui en fait un choix sûr mais efficace. L’hélium n’est pas renouvelable, cependant, choisir le bon matériau d’enveloppe était également essentiel pour pratiquer la responsabilité financière et environnementale.

Les propriétés mécaniques et les capacités de rétention d’hélium d’un certain nombre de matériaux concurrents ont été testées et évaluées par le duo. Ils ont examiné des ballons en latex non traités, des ballons en latex traités avec Ultra Hi-Float, des ballons à bulles transparents et des ballons microfoil. Les forces de levage et les surfaces des ballons ont été mesurées quotidiennement pendant 16 jours. Finalement, le duo a opté pour le microfoil pour le matériau de l’enveloppe en raison de son faible taux de déformation, de sa haute résistance à la traction et de son faible coût.

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Concurrents de ballons pour l'enveloppe (microfoil à l'extrême droite).  Photo via l'Université d'Auckland.
Concurrents de ballons pour l’enveloppe (microfoil à l’extrême droite). Photo via l’Université d’Auckland.

La dernière partie du projet consistait à concevoir la nacelle sur le dessous de l’enveloppe. La nacelle a été imprimée en 3D et abritait un Raspberry Pi Zero W, les pilotes de moteur, un ensemble de moteurs à courant continu, un régulateur de tension élévateur, trois hélices et une caméra pour fournir un angle de vision dynamique. Au total, les composants coûtent environ 90 $ au total. La nacelle était fixée au dessous de l’enveloppe microfoil avec des bandes velcro.

Après avoir finalisé la conception, les ingénieurs ont conclu que le dirigeable serait adapté à l’éducation et à la recherche tout en étant financièrement et écologiquement viable, les étudiants pouvant développer et tester des contrôleurs PID à utiliser avec le dirigeable. La nature open source de la conception physique permet également la personnalisation et l’optimisation, donnant aux étudiants la possibilité de développer leurs compétences en CAO et en prototypage rapide.

La gondole imprimée en 3D et tous les composants électriques à l'intérieur.  Photo via l'Université d'Auckland.
La gondole imprimée en 3D et tous les composants électriques à l’intérieur. Photo via l’Université d’Auckland.

Tous les détails de la conception et de l’évaluation du dirigeable peuvent être trouvés dans l’article intitulé ‘Un dirigeable robotique à faible coût et open source pour l’éducation et la recherche‘. Il est publié dans le Accès IEEE le recueil.

La liberté de conception accordée par l’impression 3D le rend parfait pour les véhicules télécommandés hautement personnalisables tels que les drones. L’année dernière, Ingénierie SkyBox fait équipe avec Imprimante 3D italienne fabricant Roboze produire amortisseurs pour un drone sans pilote. Fabriqués en Carbone PA, les amortisseurs ont été conçus pour absorber les vibrations générées par les moteurs à grande vitesse. Ailleurs, à Bangalore, spécialiste du frittage laser direct de métal Poeir Jets développé Les premiers drones hybrides de transport lourd imprimés en 3D en Inde. Les drones sont conçus pour soulever jusqu’à 75 kg pendant 120 minutes à la fois.

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L’image en vedette montre le dirigeable assemblé en vol. Photo via l’Université d’Auckland.