Un nanodrone capable de détecter les gaz toxiques en cas d'urgence

La détection de gaz dangereux dans des bâtiments effondrés à cause de tremblements de terre ou d'explosions et la localisation de victimes dans des endroits difficiles d'accès font partie des scénarios d'utilisation du véhicule à odeur nano (SNAV), un nanodrone conçu et créé par les chercheurs Santiago Marco et Javier Burgués de la Faculté de physique de l'Université de Barcelone et de l'Institut de bio-ingénierie de Catalogne (IBEC).

Un drone est un avion piloté par télécommande. Les nanodrones sont des plateformes opérationnelles pesant moins de 250 grammes.

Le nanodrone SNAV, décrit pour la première fois dans un article de la revue Capteurs, pèse 35 grammes et est conçu pour voler et identifier les gaz dans des scénarios inaccessibles aux autres véhicules distants. Il possède des capteurs nanométriques de gaz MOX pouvant réagir à des gaz tels que le monoxyde de carbone (CO) ou le méthane (CH₄) et d’autres composés organiques volatils (éthanol, acétone, benzène, etc.), dont le seuil de détection est de l’ordre de la partie par million en volume (ppmv).

Différent des autres gadgets plus grands, SNAV est capable de fonctionner dans des espaces intérieurs et dans de grandes zones où la source d’émission chimique est difficile d’accès (faux plafonds, systèmes de conduits d’air, etc.).

SNAV: de la détection des gaz toxiques au sauvetage des victimes

Ce nouveau dispositif serait particulièrement utile pour "les opérations de sauvetage dans les bâtiments effondrés à cause de tremblements de terre et d'explosions. Le SNAV peut détecter les gaz toxiques et même les composés que les victimes inconscientes exhalent, et rechercher des drogues ou des explosifs dans des endroits difficiles d'accès", a déclaré Santiago Marco , chercheur principal à l’IBEC et membre du département de génie électronique et biomédical de l’UB, qui a dirigé la nouvelle étude de recherche.

Dans ces situations, après un tremblement de terre ou une explosion, les équipes de secours ont généralement des chiens dressés pour retrouver les victimes. La possibilité d'utiliser des robots autonomes dans ces tâches représente une nouvelle option.

"Les robots terrestres concentraient leurs recherches sur le domaine de la localisation basée sur la signalisation chimique. Aujourd'hui, l'option d'utilisation de nanodrones augmente la capacité et la rapidité des robots à se déplacer dans un espace intérieur et à surmonter des obstacles tels que les escaliers", déclare Marco responsable de la signalisation intelligente pour les systèmes de capteurs en bio-ingénierie, UB-IBEC.

Surmonter les effets de la turbulence et des problèmes de navigation

Les limitations concernant le poids et l'utilisation du nanodrone et les effets négatifs de la turbulence du rotor sur les signaux du capteur sont d'excellents points d'inflexion pour la conception et le développement technique de nanodrones tels que SNAV. Pour vaincre l'effet négatif de la turbulence, qui affecte le processus d'obtention de données, l'équipe d'UB-IBEC a appliqué des techniques de procédure de signal permettant d'obtenir des informations utiles des capteurs de la SNAV.

L'auto-localisation du nanodrone dans les scénarios d'action est un autre point critique. En général, le mécanisme de contrôle des drones qui parcourent de grandes distances dans des espaces ouverts repose sur un système de navigation GPS. Cependant, ce n'est pas une option viable pour les appareils qui volent dans les espaces intérieurs.

"Le nouveau nanodrone possède des accéléromètres et des gyroscopes qui facilitent la navigation, mais sans la précision attendue pour la localisation. Cette fonction repose donc sur une série de six émetteurs-récepteurs radiofréquences situés dans des positions connues, ainsi qu'un émetteur-récepteur sur le même drone. Ce système permet nous voulons que le nanodrone atteigne la position que nous voulons ", a déclaré Javier Burgués (UB-IBEC), premier auteur de l'étude.

Nouveaux algorithmes inspirés du comportement animal

Dans le cadre de cette étude, l'équipe d'experts UB-IBEC a travaillé sur la plate-forme SNAV, calibrant les capteurs et vérifiant ses fonctions, ainsi que programmant les algorithmes de traitement de données, de communication et de navigation robotique. Tous les essais de navigation robotiques de SNAV ont été réalisés à l'Université d'Örebro (Suède) en collaboration avec les experts Víctor Hernández et Achim J. Lilienthal.

Les chercheurs ont l'intention d'explorer des algorithmes de navigation bio-inspirés basés, par exemple, sur le comportement d'insectes tels que les moustiques ou les mites. "Une autre piste sur laquelle nous souhaitons travailler est la fusion des données de plusieurs capteurs de gaz afin d'accroître la sélectivité vis-à-vis de certains composés d'intérêt. Dans ce cas, les chercheurs travailleraient sur des expériences dans des scénarios complexes et avec des interférences chimiques", explique Santiago Marco.