« Le Windshaper a été un outil inestimable dans nos recherches pour mieux comprendre les interactions entre les écoulements et les drones dans des conditions venteuses et de rafales ! »
L'Intelligent Robot Motion Lab de l'Université de Princeton a fait l'acquisition d'un Windshaper 6x3 en 2022. Depuis, l'équipe de recherche travaille d'arrache-pied au développement d'une méthode utilisant des drones pour simuler le comportement des particules dans les écoulements de vent.
Voici ce que le doctorant Nate Simon avait à dire au sujet de leur travail avec le Windshaper :
L'Intelligent Robot Motion Lab (IRoM Lab) de l'Université de Princeton cherche à permettre aux robots de se généraliser de manière sûre et fiable aux conditions du monde réel. Pour les drones et les robots aériens, cela signifie être robuste face aux vents violents et aux rafales.
Nous avons précédemment travaillé sur un nouveau capteur de flux omnidirectionnel et sur un contrôle basé sur l'apprentissage par renforcement pour gérer les rafales. Pour ces études, notre mécanisme de génération de rafales en intérieur consistait en 6 ventilateurs – qui généraient une puissante rafale, mais n'offraient pas beaucoup de contrôle sur la nature de la rafale (dans l'espace ou dans le temps).
Nous avions besoin d'un Windshaper ! Nous avons travaillé avec Tyto Robotics pour commander et prendre livraison de notre module Windshaper 3x6 en décembre 2022.
Depuis, notre espace de capture de mouvement de 60 x 25 pieds est devenu nettement plus venteux ! En collaboration avec le groupe Fundamental and Applied Studies in Turbulence (FAST), nous avons caractérisé le champ d'écoulement de notre Windshaper à l'aide d'anémomètres soniques :
Collecter manuellement ces données anémométriques spatiales à grande échelle était fastidieux, nous avons donc créé FlowBot : un anémomètre sonique mobile et autonome, capable de cartographier l'ensemble du champ d'écoulement !
Comme le FlowBot est stationnaire, les mesures sont de nature « eulérienne ». Cependant, nous aimerions vraiment comprendre les mécanismes d'écoulement d'une perspective « lagrangienne » (c'est-à-dire une particule se déplaçant avec l'écoulement). Pour ce faire, nos collaborateurs du groupe FAST ont inventé une technique de vélocimétrie lagrangienne qui suit de minuscules bulles de savon remplies d'hélium, à flottabilité neutre. Les bulles sont suivies précisément dans l'espace 3D à l'aide de plusieurs appareils photo reflex numériques et d'un post-traitement par vision par ordinateur.
Grâce à ces bulles, nous pouvons voir comment les particules se déplacent naturellement dans le flux d'air. Et si nous pouvions amener un drone à faire la même chose – se déplacer librement comme une particule lagrangienne ? Ce projet a été baptisé « LaDrone » (Lagrangian Drone) et a fait la une d'APS News !
En utilisant le Windshaper et le suivi des bulles, nous avons pu caractériser précisément la façon dont LaDrone réagit aux rafales de vent !
Nous avons étendu LaDrone pour détecter et amplifier activement les effets de la perturbation causée par les rafales, dans l'espoir de le faire bouger davantage comme une particule. Ce que nous avons découvert était incroyable : à chaque essai, le « contrôleur d'acceptation des rafales » (vert) est capable de suivre la vitesse des bulles (bleu) beaucoup plus étroitement que les contrôleurs qui ignorent (rouge) ou rejettent (violet) les rafales.
Dans nos futurs travaux, nous prévoyons d'étudier comment le suivi rapide peut être utilisé pour entrer en résonance avec l'écoulement turbulent et en extraire de l'énergie, permettant ainsi un vol plus efficace.
Le Windshaper a été un outil inestimable dans nos recherches pour mieux comprendre les interactions entre les écoulements et les drones dans des conditions venteuses et de rafales !
Nate Simon, doctorant (promotion 2025)
Intelligent Robot Motion Lab
Département de génie mécanique et aérospatial
Université de Princeton
