X VEIN, le drone-sauveteur de Team ROK, prend son envol grâce à la conception générative
En cas de catastrophe naturelle, chaque minute compte. Or, dans l’urgence, il est d’autant plus difficile d’acheminer les secours là où les conditions ne le permettent pas toujours. Dans ce contexte, les drones constituent une solution d’intervention avérée qui peut être déployée partout dans le monde. C’est l’approche qu’ont choisie deux jeunes inventeurs japonais qui souhaitent voire évoluer les opérations de secours d’urgence grâce au drone-sauveteur X VEIN conçu, entre autres, pour sauver des vies.
Yuki Ogasawara et Ryo Kumeda, alias Team ROK, avaient tout juste 15 ans quand le séisme et le tsunami de 2011 ont frappé l’est du Japon, causant de multiples dégâts sans précédent. Comme beaucoup de citoyens japonais, les deux amis ont réfléchi à la meilleure manière d’aider les autres au lendemain de la catastrophe. Leur choix s’est porté sur le développement de drones.
Alors que les drones commençaient à investir le paysage de l’innovation, Yuki Ogasawara et Ryo Kumeda ont saisi l’opportunité et tenté de mettre cette technologie émergente au service de l’intervention d’urgence. Auparavant 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 concours RoboCupJunior Japan Open. Fin prêts à relever ce nouveau défi, c’est en 2012 que Team ROK développe un drone multicopter qui leur permet de remporter, en 2015, le prix de cette catégorie à l’occasion du Concours national étudiant de robots volants en salle.
Forts de ces victoires, Team ROK se rend au salon Maker Faire Tokyo de 2016, où le tandem expose son X VEIN, un drone conçu pour faire face aux catastrophes naturelles et assister les missions de recherche et de sauvetage. L’appareil dispose d’une autonomie prolongée, d’une ossature renforcée et de garde-hélices pour éviter qu’elles ne cassent en cas d’accident. Avec sa structure en X réticulaire qui rappelle les nervures des ailes des libellules, le X VEIN a conquis les visiteurs.
Mais la vedette du salon n’aurait pas pu en être sans un détour préalable par les ateliers DMM.make AKIBA, une plateforme tokyoïte spécialisée dans ce domaine. C’est dans ces ateliers que Yuki Ogasawara et Ryo Kumeda ont été initiés aux logiciels de conception générative, ce qui leur a permis de se rendre compte que cette étape était fondamentale pour développer un drone suffisamment puissant et léger, équipé d’un système de capture d’images et de fonctions de sécurité.
La conception générative, une révolution
« Il y a de nombreuses raisons pour lesquelles on n’utilise pas les drones existants dans les zones sinistrées et notamment à cause 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 primordial 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, 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 permis d’accroître la polyvalence du drone de Team ROK, tout en respectant les exigences 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. En réglant la densité de cette structure dans le logiciel, les créateurs ont pu, dans un premier temps, optimiser le poids et la résistance obtenus, puis dans un deuxième temps, imprimer la délicate structure réticulaire en 3D.
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, ce qui a nous a permis d’alimenter nos dessins et de poursuivre le projet tout en recréant notre structure en toute simplicité dans un espace 3D. »
Ryo Kumeda, 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. »
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 sur un smartphone en temps réel, et peuvent atteindre des zones dont l’accès est rendu impossible, ce qui permet de constater les dégâts et de prendre les mesures nécessaires.
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 servir de plateforme 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.