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Des sens aiguisés pour les drones industriels

Les UAV (Unmanned Aerial Vehicles), familièrement appelés drones, ont le vent en poupe. Entre les drones de reconnaissance et de combat militaires et le marché florissant des drones-jouets, il existe un vaste champ d’applications commerciales d’UAV. Les capteurs intégrés et le savoir-faire des spécialistes constituent des éléments déterminants pour la qualité et les applications de ces drones.

Les UAV représentent un marché de croissance attrayant : selon le site www.drohnen-journal.de, la société d’étude de marché Gartner prévoit qu’en 2017 plus de 3 millions de drones seront livrés dans le monde. Le chiffre d’affaires concernant les UAV devrait d’ici là augmenter de 34 % pour atteindre 6 milliards de dollars américains, voire 11,2 milliards d’ici à 2020. Les analystes de marché s’attendent à une forte croissance, en particulier dans le domaine de l’inspection industrielle (pétrole, gaz, énergie, infrastructures, transports). Ce secteur devrait représenter d’ici à 2020 quelque 30 % du marché commercial des drones. Par contre, les drones de livraison, en tant que sujet d’actualité populaire dans les médias quotidiens, continueront d’être considérés comme un segment de niche. Les analystes de marché prévoient ici une part de marché inférieure à 1 % d’ici à 2020.

Des exigences diverses
Dans tous les drones, les principaux composants sont les capteurs. Seuls des capteurs performants peuvent offrir les caractéristiques de vol requises pour les drones commerciaux. À cela s’ajoutent les capteurs qui sont décisifs pour les applications des aéronefs. Opérations de recherche par la police, surveillance du trafic routier ou recherche de personnes disparues, vols de reconnaissance pour la protection civile, collecte d’informations de géolocalisation ou inspection de bâtiments et d’installations techniques : ces différentes tâches exigent différents capteurs ou mieux encore, des combinaisons de capteurs.

Alors que sur le marché des drones de loisir, la forte pression sur les prix n’autorise aucune marge de manœuvre dans le choix des caméras ou des détecteurs de mouvement, l’intégration des capteurs constitue une caractéristique de différenciation essentielle sur les marchés cibles professionnels.

Les types de capteurs suivants sont utilisés dans les drones :
  • LIDAR (light detection and ranging) pour la prévention des collisions, la navigation et comme scanners 3D.
  • Distancemètres pour la prévention des collisions et la navigation.
  • Diodes PIN comme détecteurs de mouvements
  • Caméras pour l’observation, la collecte de données, la navigation et la prévention des collisions
  • RADAR pour la prévention des collisions et la navigation
  • Centrale à inertie (inertial measurement unit, IMU) pour la navigation
  • Manomètres pour la collecte des données et la navigation
  • GPS pour la géolocalisation

Leur simple énumération montre déjà que de nombreuses connaissances spécifiques sont requises. Les fabricants de drones hors des entreprises d’armement les ont rarement toutes sous le même toit. Quiconque souhaite conquérir ce marché de croissance mise donc principalement sur des partenariats avec des spécialistes des capteurs, expérimentés dans les secteurs de l’industrie et de l’aéronautique. Outre le pur savoir-faire, les partenaires doivent faire preuve d’autres compétences. À cet égard, des capacités d’adaptation sont tout autant demandées que la fabrication suivant des normes de qualité industrielles ainsi que la possibilité d’assurer la livraison fiable de petites et moyennes quantités à des prix raisonnables et sur une plus longue période. Même les grands fabricants de capteurs ne parviennent souvent pas à satisfaire ces exigences. Dès lors, des spécialistes en capteurs industriels de taille moyenne tels que First Sensor peuvent ici marquer des points. Voici quelques exemples ci-dessous.

LIDAR
Les systèmes LIDAR ou LADAR (Light/Laser Detection And Ranging) déterminent, en tant que systèmes optiques, dans une large mesure les applications des drones commerciaux. Remplaçant les systèmes radar des grands systèmes aériens, ils mesurent la distance, la vitesse et parfois les paramètres atmosphériques. Les ensembles de photodiodes à avalanche (APD, Avalanche Photodiode Arrays) sont des composants essentiels. Des SI-APD sensibles aux infrarouges sont utilisés pour les systèmes LIDAR longue portée. Une adaptation est souvent nécessaire pour l’intégration de ces composants dans les systèmes. En outre, le fournisseur d’APD doit faire preuve d’une expérience issue du secteur de l’industrie aéronautique.

Ensembles de photodiodes à avalanche (ensembles d'APD)

Mouvement et position
Les centrales à inertie, qui détectent le sens du mouvement et l’angle d’inclinaison, sont essentielles pour le contrôle de l’aéronef. Ces capteurs sont cruciaux pour la commande précise d’un UAV et la stabilisation de la position de vol pour les tâches de mesure réelles. Il est conseillé d’intégrer des microsystèmes de haute qualité de type HARMS (high aspect ratio microstructures) sur la carte à circuits imprimés de la commande de l’UAV.

First Sensor propose une intéressante plate-forme technologique composée de capteurs d’inclinaison et d’accélération capacitifs, basés sur des éléments capteurs monocristallins en silicium. Ils permettent d’atteindre un excellent rapport signal/bruit et une stabilité thermique élevée. Même les plus infimes changements de position ou d’accélération sont détectés, condition requise pour l’utilisation de drones dans des applications de mesure. Les microstructures à haut rapport de forme (HARMS) assurent une sensibilité transverse minimale. En outre, la technologie brevetée AIM (Air gap Insulated Microstructures) permet de minimiser les capacités parasites en isolant les zones actives à l’aide d’entrefers. Lors du choix du produit et du fournisseur, il est important de tenir compte de l’expérience acquise dans l’industrie aéronautique et de la possibilité d’adapter les plages de mesure des capteurs aux exigences de l’aéronef et de l’application.

Capteurs inertiels de First Sensor

Caméras
Les caméras sont un sujet passionnant. Il convient ici d’établir la distinction entre la capture d’images en temps réel, qui permet à l’opérateur distant de s’asseoir dans le « cockpit » du drone, la capture d’images pour la navigation automatique et la collecte optique de données utiles.

Caméra Blue Eagle de First Sensor

Les systèmes de caméra robustes et de haute qualité sont aujourd’hui largement utilisés dans le domaine des systèmes d’aide à la conduite. Les équipementiers de l’industrie automobile savent comment les systèmes fiables sont fabriqués et notamment aussi comment leur adéquation doit être testée. Les développements et tendances dans ce secteur peuvent être utilisés pour trouver rapidement des solutions viables en adaptant des capteurs standard éprouvés. Les systèmes modulaires offrent à cet égard la flexibilité nécessaire pour répondre à diverses exigences en termes de collecte de données utiles dans des variantes d’un UAV, telles que l’infrarouge, différentes résolutions et les optiques.

Comme pour les capteurs destinés aux systèmes de sécurité autonomes, il est en outre possible de recourir à l’intelligence locale. Le volume de données à traiter dans l’ordinateur du drone ou à transmettre à la commande est réduit en utilisant des sous-systèmes proches des caméras qui analysent les images. Par exemple, seul le résultat d’une reconnaissance de formes sera transmis et le système global ne sera pas surchargé avec la transmission d’informations graphiques inutiles.

À la recherche de partenaires de développement
Les drones commerciaux dotés de fonctions de surveillance et d’analyse constituent un marché de croissance, dans lequel, contrairement au secteur des loisirs, le prix n’est pas l’argument décisif principal. Quiconque souhaite se démarquer comme fabricant de drones doit marquer des points par rapport à la concurrence en termes de fonctionnalité et de fiabilité.La qualité des « perceptions sensorielles » d’un UAV réside dans la sécurité du vol et dans la justification de son utilisation et de son coût.


Les fabricants peuvent à cet égard réduire leurs délais de commercialisation s’ils sont à la recherche de fournisseurs de capteurs qui sont également des partenaires de développement. Un partenaire qui fait montre de son expérience acquise dans des secteurs exigeants tels que l’aéronautique et l’automobile avec leurs normes strictes au niveau des tests de qualité et de fonctionnement peut apporter sa contribution plutôt avec une technologie de capteurs intégrés que comme simple fournisseur de composants. En outre, il est important pour un fabricant d’UAV commerciaux et parfois extrêmement spécialisés de coopérer avec un partenaire qui offre la flexibilité de livraison requise en raison des faibles quantités.

Des sens aiguisés pour les drones industriels
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First Sensor est parmi les principaux fournisseurs mondiaux dans le domaine des capteurs. Sur ce secteur en forte croissance, nous développons et produisons des solutions de capteurs sur mesure pour un nombre croissant d’applications dans l'industrie, le médical et la mobilité. Dans ce contexte, notre objectif est de relever et réussir dès maintenant les défis du futur grâce à nos technologies de capteurs innovantes.
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Solutions sur mesure
Sur le secteur de croissance des capteurs, First Sensor développe et produit des capteurs, des circuits électroniques, des modules et des systèmes complexes sur mesure pour un nombre croissant d’applications dans l'industrie, la médecine et la mobilité. En tant que fournisseur de solutions, notre entreprise met à disposition des services de développement complets à partir du concept et de la preuve de concept jusqu'à la fabrication en série, en passant par le développement du prototype. First Sensor dispose d'une connaissance approfondie des applications, de techniques d'encapsulation ultramodernes et d'une production en salles blanches ISO de classe 8 à 5.
Expertise
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