Une expérience avec un toui révèle les défaillances des recherches sur le vol

Muni de lunettes de protection et d'un protège menton, et volant au milieu d'un champ de lasers et de microparticules, un toui baptisé Obi a aidé les chercheurs à expliquer comment les animaux produisent assez d'élan pour voler et à montrer que les modèles actuellement utilisés pour les recherches sont faillibles.

L'expérience a été conçue pour comparer des modèles communément utilisés dans la littérature pour montrer la poussée générée par un oiseau, ou tout autre animal volant, selon son sillage, a expliqué Diana Chin, étudiante diplômée du laboratoire de l'ingénieur mécanique David Lentink de l'Université de Stanford.

"Ce que nous avons découvert c'est que les trois modèles que nous avons essayés étaient très inexactes car ils affirmaient des faits qui n'étaient pas nécessairement vraies".

Les chercheurs se basent sur ces modèles pour comprendre comment les animaux supportent leur poids pendant le vol. Les résultats sont généralement référencés pour les travaux sur les robots volants et les drones inspirés par la biologie de ces animaux.

La question était de savoir si ces modèles de poussée basés sur une idée inexacte du sillage d'un animal étaient valides.

Pour l'expérience, Eric Gutierrez, ancien étudiant diplômé du laboratoire Lentink et auteur en chef d'une étude publiée en décembre dans "Bioinspiration and Biomimetics", a fabriqué des lunettes de la taille des touis en utilisant des lentilles issues des lunettes de sûreté laser humaines, des prises imprimées en 3D et du scotch vétérinaire. Les lunettes étaient empruntes des marqueurs réfléchissants sur le côté pour que les chercheurs puissent suivre la rapidité de l'oiseau. Ensuite, il a appris à Obi à porter les lunettes et à voler d'une perche à une autre.

Une fois dressé, l'oiseau a volé à travers un plan laser qui illuminait des particules non-toxiques, des micro-particules d'aérosol, le mouvement de ses ailes perturbant les particules qui produisent de ce fait un enregistrement détaillé des tourbillons créés par le vol. Les particules tourbillonnant au bout des ailes d'Orbi ont donné la meilleure image réalisée à ce jour d'une poussée produite par un animal volant.

Les mesures effectuées dans le passé prédisaient que les tourbillons générés par l'animal restaient relativement figés dans le temps comme les traînées laissées par les avions avant qu'elles ne se dissipent. Mais les mesures de la nouvelle expérience ont révélé que les tourbillons laissés aux extrémités de l'oiseau se dissipaient rapidement. "Alors que la dissipation du tourbillon se produit bien après le passage de l'avion, on parle plus de mille mètres après, chez les oiseaux, elle se produit très près de l'oiseau, en deux ou trois battements d'ailes, et de manière bien plus violente", a expliqué M. Lentink, auteur en chef de l'étude.

L'équipe a appliqué chacun des trois modèles dominants aux mesures réelles qu'ils avaient enregistrées et à partir de là a produit trois estimations différentes de la quantité de poussée générée par Obi à chaque battement d'ailes. Elle a ensuite comparé ces estimations calculées de poussée à la poussée réelle mesurée dans une précédente étude menée en utilisant un dispositif sensible développé par le laboratoire Lentink.

Ce qu'ils ont découvert, c'est qu'à des degrés différents, les trois modèles ne réussissaient pas à prédire la levée réelle générée par un toui volant.

Les recherches mettent en lumière les défis à relever dans le développement des robots volants selon les connaissances en matière de vol des animaux. "Beaucoup de gens regardent les résultats dans la littérature sur le vol animal pour comprendre comment les ailes de robot pourraient être mieux conçues", a déclaré M. Lentink. "Nous avons montré que les équations que les gens utilisaient ne sont pas aussi fiables que l'espérait la communauté. Nous avons besoin de nouvelles études, de nouvelles méthodes pour vraiment informer ce processus de conception de manière plus fiable".