Un dispositif aéro-aquatique mis au point à l'EPFL et au MIT pourrait ouvrir la voie à une nouvelle catégorie d'appareils destinés à l'exploration océanique.Les huards, les goélands, les macareux et les pétrels comptent parmi les 100 espèces d'oiseaux capables à la fois de voler et de nager. Ces oiseaux plongeurs peuvent plonger dans l'eau pour nager à la poursuite de leurs proies, puis s'élancer dans les airs pour s'envoler. S'inspirant de ces aviateurs aquatiques, des ingénieurs de l'EPFL et du MIT ont conçu un robot capable de nager sous l'eau, puis de battre des ailes pour sortir de l'eau et continuer à voler dans les airs, à l'instar des oiseaux plongeurs.Le « dispositif aéro-aquatique à ailes battantes » pèse moins de 300 grammes. Son objectif est d’aider les scientifiques à étudier les mécanismes qui permettent aux oiseaux plongeurs de voler dans l'air et d’évoluer dans l'eau. Le robot est composé d’un corps central, ou fuselage, de deux ailes flexibles battantes et d’une queue orientable. Les ailes et la queue peuvent être remplacées par des modèles de différentes tailles. Lors des tests menés dans un bassin et un lac, les ingénieurs ont identifié des combinaisons de différentes tailles d’ailes, de fréquences de battement et d’angles de queue qui permettent au robot de passer en douceur de la nage sous l’eau à la sortie, puis au vol dans les airs.© Raphael ZuffereyLeurs résultats, publiés dans Science, peuvent aider à comprendre comment les oiseaux plongeurs adaptent leur mécanique de vol pour se déplacer dans l’air et dans l’eau, ces deux environnements ayant des propriétés physiques très différentes. Cette conception pourrait aussi déboucher sur une nouvelle catégorie de drones et de véhicules aéro-aquatiques. De tels robots ailés pourraient être déployés pour voler vers des zones aquatiques et y prélever des échantillons, zones qui seraient trop dangereuses pour être accessibles aux navires océaniques traditionnels.« Notre ambition est que les océanographes, les biologistes marins et les communautés côtières puissent lancer ce robot depuis un bateau ou le rivage, et qu’il vole à proximité de la zone d’intérêt, telles qu’un iceberg, une installation portuaire ou au-dessus d’un groupe de baleines », explique l’auteur principal et ancien chercheur de l’EPFL Raphael Zufferey. « Il plongerait dans l’eau pour effectuer une mesure ou prélever un échantillon, puis reviendrait en vol pour transmettre les données à un coût bien inférieur à celui des méthodes traditionnelles. Il pourrait ensuite repartir plonger. »Franchir le pasRaphael Zufferey a commencé à travailler sur ce robot en tant que chercheur postdoc au Laboratoire des systèmes intelligents (LIS) et au Laboratoire de biorobotique (BioRob) de la Faculté des sciences et techniques de l’ingénieure de l’EPFL, sous la supervision des responsables de ces laboratoires et coauteurs Dario Floreano et Auke Ijspeert. Il a achevé ses travaux au MIT, où il dirige aujourd’hui le laboratoire AURA, spécialisé dans la conception de véhicules aériens et aquatiques bio-inspirés. L'étude compte également des coauteurs du Northwest Indian College (États-Unis).En s'inspirant de la biomécanique des oiseaux, l'équipe a développé un robot doté d'ailes constituées de fines membranes recouvertes de nanoparticules hydrophobes pour faciliter l'évacuation de l'eau. Le corps contient une batterie et un moteur électrique étanche qui entraîne un vilebrequin, lequel actionne les ailes de haut en bas à des fréquences prédéfinies. La queue est motorisée, ce qui lui permet de modifier son angle pour aider le robot à s'élever ou à plonger.Des tests ont d’abord été menés dans un petit bassin à l'EPFL, puis dans le lac Léman. Les scientifiques ont constaté que la taille des ailes (80 centimètres) et leur souplesse sont essentielles ; les ailes doivent être suffisamment souples pour minimiser l'amplitude de battement dans l'eau, et suffisamment rigides pour maintenir le robot en vol. Il pouvait nager à une vitesse de près d’un mètre par seconde lorsqu’il battait des ailes à une fréquence d’environ 5 hertz (cinq battements par seconde), et voler à environ 6 mètres par seconde à une fréquence similaire. Ces vitesses et ces fréquences de battement sont comparables à celles des oiseaux plongeurs. Pour passer de l’eau à l’air, le robot doit être incliné à un angle relativement raide de 70 degrés afin d’empêcher ses extrémités d’ailes de toucher la surface de l’eau.© Raphael ZuffereyComme un oiseau mais sans pattesNotons que cette combinaison de taille d’aile, de fréquence de battement et d’inclinaison de la queue a permis au robot de nager sous l’eau, de s’élancer depuis la surface et de voler sans l’attribut de nombreux oiseaux plongeurs: des pattes. « Si l’on observe les oiseaux, la plupart d’entre eux doivent battre des pattes à la surface pour décoller. La question était : en avons-nous besoin pour les robots ? Et il s’avère que non, explique Raphael Zufferey. Aucun animal n’a jamais réussi à s’envoler hors de l’eau avec des ailes uniquement. »À l’avenir, l’équipe va améliorer la conception des ailes pour leur permettre de pivoter en plus de battre de haut en bas. Elle testera aussi les performances du robot dans des conditions turbulentes, comme nager dans des eaux agitées et voler dans le vent. Elle espère ensuite le déployer pour aider à répondre à des questions en sciences océaniques.FinancementCes travaux ont été soutenus en partie par une bourse du programme « Actions Marie Skłodowska-Curie » et en partie par le Fonds national suisse (subvention n° 10.002.693).RéférencesZufferey et al. Leaping out of the water: aerial-aquatic locomotion with flapping wings. Science (2026). 10.1126/science.aeb6744