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La robotique en essaim ouvre de nouvelles opportunités à l’industrie, l’agriculture et à de nombreux autres secteurs

Source illustration : Pete – stock.adobe.com ; généré par IA

Par David Pike, pour Mouser Electronics

Publié le 8 août 2025

Utilisés dans des domaines aussi divers que l’agriculture de précision ou l’intervention en cas de catastrophe, les drones – ou plus précisément les UAV (pour « unmanned aerial vehicle », soit « véhicule aérien sans pilote ») – gagnent sans cesse en intelligence, en rapidité et en coordination. Leur prochaine évolution est déjà en marche : c’est le vol synchronisé.

L’intégration des dernières avancées en informatique en périphérie de réseau (« edge computing »), en communication sans fil et en fusion de capteurs a considérablement amélioré les capacités de la robotique autonome. Ce faisant, les systèmes de drones se sont complexifiés et de nouveaux défis sont apparus pour les concepteurs : gestion du traitement distribué, maintien d’une connectivité à faible latence, fortes contraintes en matière d’alimentation électrique, etc.

Un aspect non négligeable de cette évolution est la coordination multirobot, qui consiste à opérer ensemble des grappes de drones afin de gagner en efficacité par rapport à l’utilisation d’un drone seul. Le présent article traite justement de cette branche en plein essor de la robotique où il est fait appel à des drones fonctionnant de manière coordonnée et que l’on appelle la robotique en essaim.

Inspiré par la nature

Le principe de la robotique en essaim est de déployer un grand nombre de drones pour travailler de façon coordonnée à une même tâche. Pour citer un exemple familier du grand public, c’est ainsi que des nuées de drones sont dirigées tel un éblouissant ballet en lieu et place des traditionnels feux d’artifice habituellement tirés lors de célébrations ou d’événements sportifs (voir figure 1).

Figure 1 : des essaims coordonnés de drones forment la silhouette d’un corgi lors du Jubilé de platine de la reine Elizabeth II en 2022 (Source : Gouvernement néo-zélandais, Bureau du gouverneur général, domaine public)

Ce fonctionnement en essaim s’inspire évidemment des nombreux exemples de travail coordonné que l’on retrouve dans la nature. De nombreuses espèces d’insectes comme les fourmis et les abeilles coordonnent leurs efforts pour former une unité cohérente, mais sans commande centralisée. Malgré cette absence de commande centralisée, ces insectes parviennent à accomplir des tâches complexes. C’est ce comportement particulier qui a inspiré les concepteurs pour créer des essaims de robots capables de réaliser de nouveaux types d’opérations dans une multitude d’applications.^[1]

La robotique en essaim dans l’industrie

Le secteur de l’industrie a été l’un des premiers à franchir le pas de la robotique. Les premiers robots étaient des machines rudimentaires conçues pour n'exécuter que des tâches simples, mais plus rapidement et régulièrement que des travailleurs. De nos jours, les usines intelligentes requièrent des robots bien plus flexibles, capables de s’adapter rapidement aux évolutions de la demande. Ces installations utilisent déjà des robots mobiles autonomes (AMR) pour de nombreuses tâches, notamment le transport de matériaux et la préparation de commandes. Cependant, ces robots parcourent le plus souvent des trajets prédéfinis et sont optimisés pour évoluer dans l’environnement structuré de l’usine.

En comparaison, les robots capables de fonctionner en essaim offrent une bien plus grande flexibilité. Les essaims ainsi constitués sont capables de prendre des décisions au niveau local en se passant de toute forme de commande centralisée ou structurée. Chaque essaim peut accomplir des tâches en fonction des conditions et de la disponibilité des nombreux robots qui le composent. Considérés comme une entité à part entière, les essaims sont des systèmes tolérant aux pannes, puisque les appareils défaillants peuvent être remplacés au pied levé par d’autres appareils afin d’assurer la continuité des opérations.

Ainsi, un essaim constitué de robots autonomes offre une plus grande flexibilité, par exemple pour transporter des matériaux au sein de l’usine. Il peut éviter les zones trop fréquentées, tandis que des robots en attente peuvent être affectés à d’autres tâches ou intervenir rapidement si la situation l’exige.

Les robots agricoles

L’agriculture se pratique aujourd’hui sur de vastes étendues dont les conditions sont imprévisibles et en tous les cas très éloignées de l’environnement contrôlé d’une usine. Les opérations manuelles cèdent progressivement la place à des technologies agricoles intelligentes, capables de prendre des décisions sur la base des données collectées par des capteurs. Si l’étendue et la variété des tâches agricoles posent encore des difficultés^[2]

les essaims de robots sont prêts à y remédier. Contrairement aux machines agricoles très sophistiquées, les essaims robotisés se composent d’un grand nombre d’appareils relativement simples. Ce qui fait leur force est le fait qu’ils peuvent être déployés sur de vastes zones et travailler de façon coordonnée pour accomplir des tâches répétitives et chronophages.

Les robots agricoles combinent les avantages des drones terrestres et aériens. Les systèmes terrestres interagissent directement avec les plantes et le sol, tandis que les drones aériens peuvent surveiller de vastes parcelles et effectuer les opérations de pulvérisation. Les deux forment ensemble un système multicouche capable de s’adapter aux particularités de chaque exploitation agricole. Par définition, les robots mobiles ne dépendent pas d’une infrastructure fixe et peuvent donc parfaitement être déployés à des distances relativement grandes.

Par ailleurs, les essaims de robots sont des systèmes évolutifs, car il est toujours possible d’y intégrer ou de supprimer rapidement un certain nombre de robots suivant les besoins (saisonniers, par exemple). L’essaim est donc à considérer comme une main-d’œuvre robotisée et polyvalente, capable d’effectuer de nombreuses tâches répétitives autour de la ferme sans nécessiter de commande centralisée, l’exploitant se contentant de superviser les opérations.

Maintenance des infrastructures

Les robots autonomes ne profitent bien entendu pas qu’aux exploitations agricoles. Les infrastructures critiques (pipelines, réseaux électriques, éoliennes…) rencontrent des difficultés similaires à celles des grandes fermes. Elles s’étendent souvent sur de longues distances et desservent des endroits reculés, ce qui n’est pas pour faciliter les indispensables opérations d’inspection régulières. Survoler ces infrastructures en hélicoptère ne permet qu’une inspection superficielle. Pour collecter des informations plus détaillées, il faut s’en remettre aux tournées d’inspection au sol, mais ces opérations sont lentes, chères et parfois même dangereuses à réaliser.

Les essaims robotisés offrent une nouvelle solution alliant mobilité et précision pour une collecte de données rapide et sûre. Ainsi, de grands essaims de drones équipés de caméras haute résolution et de systèmes de capteurs peuvent rapidement réaliser une inspection depuis plusieurs points de vue. Ils peuvent ainsi inspecter de près des infrastructures critiques grâce au vol stationnaire et aussitôt être redéployés vers un autre site sans se soucier de la praticabilité du terrain.

Opérations de sauvetage aéroportées

Quelle que soit la nature de la catastrophe, qu’il s’agisse d’un tremblement de terre ou d’un feu de forêt, une intervention précoce augmente significativement les chances de survie des personnes et de la faune en détresse. De même, dans les opérations de recherche et de sauvetage, chaque seconde compte. La rapidité d’intervention est alors une question de vie ou de mort.

Seulement, les équipes d’intervention au sol classiques doivent affronter des conditions extrêmement dangereuses (bâtiments instables, zones à risques…) susceptibles de ralentir considérablement leur progression.

Comparativement, les essaims de drones conçus pour les opérations de recherche et de sauvetage peuvent être déployés rapidement dans presque toutes les situations d’urgence. Équipés de systèmes de détection sophistiqués, notamment de capteurs infrarouges et atmosphériques, ces drones (voir figure 2) sont capables de dresser rapidement une topologie précise du terrain.

Figure 2 : les robots aériens opèrent de concert pour automatiser des tâches couvrant des bâtiments ou de vastes zones (Source : Free-styler – stock.adobe.com)

Ces drones de recherche et de sauvetage sont commandés de manière décentralisée, ce qui permet aux opérateurs de mener en parallèle plusieurs opérations de recherche sur une zone étendue en vue de localiser les éventuelles victimes en soutien aux équipes de suivi. Ces drones sont dotés d’une intelligence collective qui leur permet de recalculer leur itinéraire de façon dynamique. Enfin, leur petite taille leur permet d’inspecter en toute sécurité des endroits où il serait trop risqué d’envoyer des personnes.

Technologies habilitantes

Le bon fonctionnement d’un essaim de drones dépend en premier lieu de la communication entre chaque élément qui le compose. Une communication rapide est une condition essentielle pour permettre à un essaim de fonctionner comme une entité cohérente. Chaque drone doit pouvoir partager des informations sur sa position et l’avancement de la tâche qui lui est assignée ainsi que des observations sur son environnement.

Or, le volume des données générées par un ensemble de robots ou de drones est si considérable qu’il pourrait saturer les protocoles courants comme le Wi-Fi, Zigbee ou le LTE. Les gros essaims requièrent un protocole de communication qui soit à la fois à faible latence et évolutif. Parmi les solutions envisageables figurent notamment les récents protocoles de réseaux maillés ainsi que des normes dédiées de communication en essaim comme les MANET (pour « Mobile Ad Hoc Network »). Un MANET est un type de réseau sans fil décentralisé dit « ad hoc », car il ne s’appuie pas sur une infrastructure préexistante comme des routeurs ou des points d’accès sans fil.

Chaque drone qui fait partie d’un MANET est indépendant, mais change ses liens avec les autres drones de l’essaim à mesure qu’il se déplace. Chaque drone constitue donc une partie du réseau et transmet, outre ses propres données, des données réceptionnées depuis les drones à proximité.

Parmi toutes les données partagées, les informations sur le positionnement précis sont primordiales. Le GPS est une méthode sûre pour obtenir des données précises sur le positionnement, mais il s’avère d’une utilité limitée en milieu clos ou souterrain. Or, les drones doivent pouvoir fonctionner dans des zones non couvertes par le GPS. D’autres technologies, comme la communication à bande ultra-large (UWB) et les techniques de localisation et cartographie simultanées (SLAM) basées sur la vision, garantissent une précision continue.

La SLAM est une technique utilisée par les robots et les véhicules autonomes pour cartographier leur environnement et y localiser leur position précise.^[3] La SLAM s’appuie sur les informations générées par les capteurs de vision et le LiDAR. Elle nécessite pour cela un mode de communication à faible latence entre les capteurs de position et les processeurs. Elle offre ainsi une précision au centimètre près, même lorsque d’autres technologies sont indisponibles.

Outre les capteurs, les moyens de communication et les systèmes de positionnement, les drones doivent aussi embarquer un moyen de stockage d’énergie et un moyen de propulsion. Il revient dès lors aux concepteurs d’optimiser la masse et les performances de l’appareil en tenant compte de l’autonomie et de la durée de vie de la batterie. Pour ce qui est des petits appareils aériens, les batteries au lithium-ion ou au lithium-polymère offrent le meilleur rapport entre densité énergétique et poids. Autre point d’attention majeur pour les concepteurs : les conditions auxquelles les drones sont soumis. Lorsqu’ils sont déployés dans des environnements industriels ou agricoles ou en soutien après une catastrophe naturelle, les drones doivent être capables de résister au vent, à la pluie et aux températures extrêmes.

Des pistes pour l’avenir

L’avenir des essaims robotiques se dessinera à mesure qu’apparaîtront les fonctionnalités avancées, par exemple la planification de missions autonomes et l’intégration aux systèmes d’entreprise. Dans le secteur industriel, les essaims collaboreront directement avec les progiciels de gestion intégrés (ERP) automatisés et l’Internet des objets (IoT) pour des opérations entièrement autonomes. Pour d’autres applications, c’est la collaboration avec l’humain qui sera plus développée, par exemple pour permettre la commande des drones par le geste ou la voix.

Toutes ces capacités supplémentaires nécessiteront de nouvelles politiques et réglementations. Au niveau opérationnel, l’espace aérien doit être partagé avec les aéronefs classiques avec équipage. L’usage accru de l’intelligence artificielle (IA) et l’augmentation de l’autonomie font apparaître des questionnements sur le plan de l’éthique et de la confidentialité. Or, il est essentiel de conserver la confiance du public pour s’assurer qu’il accepte la généralisation de ces nouvelles technologies dans sa vie quotidienne.

Les essaims robotisés ouvrent de nouveaux horizons tant dans le secteur de l’industrie que dans ceux de l’agriculture, des infrastructures et des interventions d’urgence. Grâce aux progrès réalisés en matière d’autonomie, de communication et de systèmes de positionnement, les essaims décentralisés offrent des solutions évolutives et efficaces. À mesure que les politiques et les réglementations s’adapteront, les essaims robotiques accompliront leur transition de l’innovation à l’intégration.

Sources

[1]https://wyss.harvard.edu/technology/robobees-autonomous-flying-microrobots/
[2]https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2025.e42136
[3]https://ieeexplore.ieee.org/document/8675575