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X VEIN, le drone-sauveteur de Team ROK, prend son envol grâce à la conception générative

Par Yasuo Matsunaka
- 26 Oct 2017 - 6 min De Lecture
An X VEIN rendering created in Autodesk Fusion 360.
Une image du X-VEIN créée avec Autodesk Fusion 360

Lors de catastrophes naturelles, acheminer des secours vers ceux qui en ont le plus besoin est la priorité absolue. Mais le contexte rend souvent cette mission difficile à remplir rapidement. C’est pourquoi en cas de catastrophe, les drones sont une solution d’intervention d’urgence parfaite, où que ce soit. Aujourd’hui, deux jeunes inventeurs japonais souhaitent faire avancer les choses grâce à leur drone-sauveteur : le X VEIN.

Yuki Ogasawara et RyoKumeda, alias Team ROK, avaient juste 15 ans lorsque sont survenus en mars 2011, le tsunami et le séisme du Grand Est du Japon, qui ont causé tant de dégâts et de destruction. Comme de nombreux citoyens de ce pays, les deux amis ont réfléchi à la manière d’aider les autres au lendemain de la catastrophe, ce qui a guidé leurs pas vers le domaine du développement de drones.

Team ROK
Yuki Ogasawara (à gauche) et Ryo Kumeda (à droite) de Team ROK ont remporté le Concours national étudiant de robots volants en salle grâce au drone bleu à droite. Avec l’aimable autorisation de Team ROK.

Aujourd’hui, les drones ont investi le paysage de l’innovation, c’est pourquoi Yuki Ogasawara et Ryo Kumeda ont tenté de mettre cette technologie émergente au service de l’intervention d’urgence. Ils avaient déjà remporté le prix Fighting Spirit lors du Concours national de programmation des lycées (avec un bras robotisé commandé par smartphone), ainsi que la septième place de la catégorie sauvetage du RoboCupJuniorJapan Open. Ils étaient donc fin prêts à relever ce défi. En 2012, Team ROK a donc développé un drone multicopter, et en 2015, ils ont remporté le prix de cette catégorie à l’occasion du Concours national étudiant de robots volants en salle.

Forts de ces victoires, Team ROK s’est rendu au salon Maker Faire Tokyo 2016, où il a exposé son X VEIN, un drone conçu pour faire face aux catastrophes naturelles et aux missions de recherche et de sauvetage. Il dispose d’une autonomie prolongée, d’une ossature renforcée et de garde-hélices afin d’éviter qu’elles ne cassent en cas d’accident. Le X VEIN a ravi les visiteurs avec sa structure en X réticulaire qui rappelle les nervures des ailes veinées des libellules.

Mais sans un détour préalable par les ateliers DMM.make AKIBA, une plateforme tokyoïte spécialisée dans ce domaine, il aurait été absent du salon Maker Faire Tokyo. Dans ces ateliers, Yuki Ogasawara et RyoKumeda ont tout d’abord été initiés aux logiciels de conception générative et ont tout de suite senti que pour développer un drone suffisamment puissant et léger, équipé d’un système de capture d’images et de fonctions de sécurité, ceux-ci seraient une étape inévitable.

X VEIN in flight. 
Le X VEIN en plein vol. Avec l’aimable autorisation de Team ROK.

La conception générative, une révolution

« Il y a de nombreuses raisons pour lesquelles on n’utilise pas les drones existants dans les zones sinistrées, à cause notamment du manque de fonctions de sécurité, de leur taille ou de leur poids, mais aussi de leurs faibles possibilités d’adaptation », explique Yuki Ogasawara.

Un outil qui possède la solution à toutes ces exigences est essentiel au développement d’un drone. La conception générative fournit les schémas générés par ordinateur et l’analyse structurelle optimisée afin de remplir des critères prédéterminés, ce qui permet d’imprimer le résultat en 3D. Grâce à cela, les structures sont plus légères qu’avec les méthodes de fabrication traditionnelles. C’est un critère essentiel dans la production d’un drone dont les exigences de poids sont capitales.

« Pour qu’un drone plane dans le ciel, la poussée qu’il génère doit être parfaitement adaptée à son poids, ajoute Yuki Ogasawara, qui est responsable de la conception des éléments mécaniques du X VEIN. Des variations ne serait-ce que de 5 % du poids total modifient la façon dont les opérateurs doivent manœuvrer le drone. Celui-ci doit être aussi léger que possible. »

La conception générative a accru la polyvalence du drone de Team ROK, tout en respectant ses exigences drastiques de poids et de taille. La structure unique du X VEIN a été créée grâce à la fonction de structure réticulaire proposée par le logiciel Within d’Autodesk.Régler la densité de cette structure dans le logiciel a permis à l’équipe d’optimiser le poids et la résistance obtenus. Ils ont pu ensuite imprimer la délicate structure réticulaire en 3D avec les services iJet.

Le X VEIN déploie ses ailes

Encore étudiant au département des systèmes électriques et électroniques de l’Université Saitama, Yuki Ogasawara a rejoint la startup Exiii comme stagiaire en 2016. Chez Exiii, il a travaillé avec le concepteur et directeur créatif Tetsuya Konishi. Au mois d’avril, il avait terminé les études du X VEIN. La structure réticulaire créée grâce à la conception générative a été intégrée au drone, lui donnant sa forme actuelle.

Sur la mise au point de la maquette, Yuki Ogasawara explique : « La forme comporte de nombreuses courbes complexes, qui sont difficiles à faire passer des études préliminaires à la maquette 3D. Grâce à Wacom, nous avons eu accès à une tablette Cintiq avec écran à stylet. Nous l’avons utilisée pour concevoir la maquette dans Fusion 360 d’Autodesk, avec des éléments repris des études, ce qui a nous a permis de poursuivre le projet tout en recréant notre structure avec simplicité dans un espace 3D. »

RyoKumeda, qui travaille à présent dans une société d’infrastructures de communication, s’est chargé des systèmes électriques du X VEIN, ses moteurs, sa batterie et leurs composants associés : « Je me suis lancé dans la sélection des pièces une fois les études préliminaires achevées et la taille du drone fixée. Après avoir choisi les moteurs et les hélices, nous avons réfléchi à la capacité opérationnelle et à la taille de la batterie.

Avec une fréquence de 2,4 GHz pour les commandes, nous disposons d’une portée opérationnelle d’environ 500 mètres sans obstacle, poursuit-il. Les lois en vigueur au Japon imposent que les pilotes gardent un contact visuel avec leurs drones, donc notre portée est d’environ 100 mètres. »

Design work underway at DMM.make AKIBA. 
La conception à l’œuvre chez DMM.make AKIBA. Avec l’aimable autorisation de Team ROK.

La caméra du drone est montée sur un cardan, ce qui l’isole des vibrations et des inclinaisons et permet de stabiliser l’image. Les images peuvent être visionnées en temps réel, sur un smartphone, afin d’atteindre des zones dont la catastrophe rend l’accès impossible, et de constater les dégâts ou de réaliser d’autres actions. Le drone pourrait aussi acheminer du matériel d’imagerie par thermographie infrarouge afin de localiser les survivants. Comme la plupart des composants du X VEIN sont imprimés en 3D, les pièces de rechange peuvent être obtenues sur place, ce qui constitue un avantage de taille dans les situations d’urgence.

Team ROK espère utiliser le modèle actuel comme point de départ et en modifier la structure pour créer un drone encore plus léger et avec une autonomie augmentée. X VEIN a toujours eu vocation à être une plate-forme open source, afin que chacun puisse le fabriquer et le personnaliser, et porter ce projet au-delà de ses fonctions de sauvetage. Yuki Ogasawara décrit la quête du X VEIN, né des décombres de la catastrophe naturelle, comme « un travail où l’on devient des ingénieurs qui rendent les gens heureux », ce qui, dans le cas de Team ROK, consiste autant à sauver des vies qu’à devenir une source d’inspiration pour d’autres.

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