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Le secret du vol microinsect réside dans leurs ailes étonnamment légères et semblables à des plumes, une conception qui, selon les chercheurs, pourrait inspirer les futurs micro-drones.
Les chercheurs ont découvert que les ailes inhabituelles en forme de poils de minuscules insectes, contrairement aux ailes solides d’insectes plus importantes, offrent un avantage significatif en vol.
- Les microinsectes utilisent des ailes en plume composées de poils espacés, ce qui les rend plus légers que les ailes membraneuses conventionnelles.
- Cette conception combat la haute résistance à l’air ressentie par de très petites créatures volantes.
- Les résultats offrent un potentiel de miniaturisation des drones de taille insecte pour diverses applications.
- L’espacement et le diamètre optimisés des poils empêchent la flexion tout en minimisant le poids.
Les scientifiques de Skoltech et de l’Université d’État de Moscou ont dévoilé les avantages aérodynamiques des ailes en plumes des insectes microscopiques, une structure distincte de celles des libellules, des abeilles ou des moustiques. Une aile principalement faite de poils, positionnée avec de petites lacunes entre eux, est notamment plus légère qu’une aile membraneuse solide.
Cette légèreté est essentielle pour les micro-résectes, qui sont fortement affectées par la résistance à l’air. Ils naviguent en utilisant des mouvements des ailes similaires aux rames d’aviron. Ces idées pourraient s’avérer inestimables pour la miniaturisation des véhicules aériens sans pilote de la taille d’un insecte (UAV) à l’approche des dimensions du submimilimètre.
Pourquoi les plus petits insectes ont-ils des ailes aussi inhabituelles? L’étude, publiée dans le Actes de l’Académie nationale des sciencessuggère que tout est une question d’optimisation mécanique.
Actuellement, les petits drones imitant les caractéristiques des insectes sont largement confinés aux laboratoires. Cependant, les progrès pourraient les voir déployés pour les tâches nécessitant une taille compacte, une évidence ou une furtivité. Imaginez des essaims de drones inspirés des insectes aidant à des opérations de recherche et de sauvetage, de surveillance des infrastructures dans des espaces restreints, d’observer la faune ou de recueillir des renseignements.
Les plus petits drones contrôlables actuels comprennent le piccolissimo de l’Université de Pennsylvanie (2,5 cm, 2,5 grammes) et le Robobee de Harvard (3 cm, 2012). La technologie nationale de la Chine de l’Université de Défense a récemment introduit un drone moustique de 1,5 cm et 0,3 gramme, les deux derniers en utilisant un vol ailé. Notamment, les hélices peuvent être plus bruyantes et causer plus de dommages lors de la collision.
Au-delà des limites de la batterie, la mécanique du vol elle-même pose des défis pour une miniaturisation supplémentaire. À l’échelle microscopique, les forces de frottement d’air visqueuses sont comparables à l’inertie d’un insecte. Cela rend plus difficile pour les minuscules dépliants de «patauger» dans l’air par rapport aux créatures plus grandes. Par conséquent, les ailes des plus petits insectes sont organisées de manière inattendue.
Photo colorée d’un bug Primorskiella et de son aile hérissée.
« Il est connu depuis un certain temps qu’environ un millimètre est une ligne de démarcation », a déclaré le professeur adjoint de l’auteur principal Dmitry Kolomenskiy de Skoltech Materials. «Les insectes plus grands ont des ailes membraneuses typiques, tandis que de nombreuses espèces plus petites utilisent des ailes en selles séparées avec des lacunes. La raison n’était pas claire.»
Comprendre pourquoi les microinsects utilisent des ailes en plume est plus que simplement académique. La sélection naturelle ne favorise pas toujours les conceptions utiles pour les drones. Sans un avantage de vol éprouvé, une structure d’aile aurait pu évoluer à d’autres fins, comme attirer des compagnons ou une dispersion des parfums – des caractéristiques sans inutile pour les dépliants robotiques.
Comme prévu, cette structure minimise la masse des ailes. Imaginez une règle en plastique avec la plupart de son matériau retiré, ne laissant que de petites sections. Cette structure en forme de peigne réduit considérablement le poids. Bien que peu pratique pour les oiseaux ou même les grands moustiques, la conception s’avère efficace pour les microincères.
Photos à ailes microinsect de l’étude Skoltech-MSU.
«Nous pensons que les longueurs et les diamètres des poils sont optimisés pour empêcher une flexion excessive», a expliqué le co-auteur de l’étude, le chercheur principal Petrov de la Lomonosov Moscou State University. « Les intervalles entre les poils sont maximisés pour empêcher l’air de s’écouler dans l’aile pendant le vol. Plus précisément, ces intervalles sont environ 10 fois le diamètre de la poignée. »
« L’augmentation des intervalles entraverait le vol. Le placement des poils plus proche augmenterait inutilement le poids des ailes », a ajouté Petrov.
Plus d’informations:
Dmitry Kolomenskiy et al, Échelle et optimalité mécanique des ailes hérissées dans les microinsectes, Actes de l’Académie nationale des sciences (2025). Doi: 10.1073 / pnas.2506403122