Pas de pneu, pas de problème : James Bruton roule sur un boulet
Le bricoleur et YouTuber britannique James Bruton a construit un vélo électrique qui se tient en équilibre sur une boule de cirque rouge et peut se déplacer dans n'importe quelle direction. Ce qui semble être un gag est en fait un travail d'ingénierie sérieux.
James Bruton n'est pas un inconnu dans le milieu des makers. Cet ingénieur britannique, ancien concepteur de jouets, s'est fait un nom en repoussant les limites de la robotique et de la locomotion avec des idées non conventionnelles. Sa dernière création éclipse tout ce qui a été fait jusqu'à présent : un vélo à propulsion électrique qui roule sur une seule sphère.
Il a l'air spectaculaire et défie à la fois la physique, l'électronique et le conducteur.
De deux à une seule sphère
Il y a un an, Bruton avait déjà créé la surprise avec un véhicule utilisant deux grosses sphères au lieu de roues. Aujourd'hui, il va plus loin : le nouveau modèle tient en équilibre sur une seule sphère d'environ 60 centimètres de diamètre, sur laquelle trône un cadre en aluminium avec siège et technologie. Une vidéo YouTube montre que la structure est effectivement assez solide pour supporter un pilote adulte.
L'ensemble du système d'entraînement se trouve au-dessus de la sphère. Trois roues omnidirectionnelles montées verticalement forment un triangle équilatéral et poussent contre la sphère par le haut. Chacun des trois entraînements est alimenté par un contrôleur ODrive-S1 (un dispositif de commande de haute précision pour les moteurs électriques sans balais) d'une puissance d'environ 2 kW. Grâce à des vitesses de rotation différentes, ils déplacent la sphère vers l'avant, l'arrière ou sur le côté. Le principe est similaire à la technologie d'entraînement robotique, mais dans une variante beaucoup plus grande et plus délicate.
La partie la plus difficile : rester stable sur deux axes
A la différence de son prédécesseur à deux billes, le vélo à une seule bille doit être stabilisé simultanément dans le sens longitudinal et transversal. Cela le rend beaucoup plus complexe que les véhicules équilibrés habituels comme les Segways, qui ne corrigent que sur un seul axe. Pour ce faire, un microcontrôleur central (Teensy 4.1) lit en permanence les données d'inclinaison d'un capteur de mouvement (BNO086). Un algorithme de contrôle précis (régulateur PID) commande les moteurs et effectue des corrections de l'ordre de la milliseconde afin d'éviter les chutes.
Source : James Bruton / YouTube
L'énergie est fournie par six batteries lithium-polymère 6S qui, ensemble, génèrent une tension de système de 50 volts. Le cadre et de nombreux composants proviennent d'une imprimante 3D.
Théoriquement élégant, pratiquement extrêmement sophistiqué
Sur le papier, la direction semble logique : si le vélo doit aller tout droit, l'Omni-Wheel orientée vers l'avant tourne plus fort, tandis que les deux roues latérales tournent à puissance réduite. Pour les changements de direction, ces rapports varient. Mais la direction est loin d'être intuitive dans la pratique.
Dans le vélo à deux billes, Bruton pouvait entraîner les billes l'une contre l'autre. Le nouveau modèle n'a pas cet avantage : une seule boule ne peut pas être facilement entraînée de manière différentielle.
Bruton a donc trouvé une solution de secours inhabituelle : une aile extensible sur le côté, faite d'une tige de bois et de mousse. Lorsqu'il la tient dans le vent, la résistance de l'air provoque une rotation du véhicule. Une solution provisoire, mais qui fonctionne, et qui montre à quel point la construction est loin d'une direction utilisable au quotidien.
Des roues toutes faites ? Aucune chance
Les roues omnidirectionnelles elles-mêmes ont constitué un autre obstacle. Les modèles disponibles dans le commerce ne résistaient pas aux forces et aux frottements exercés.
Bruton a donc développé ses propres roues avec un noyau en aluminium et 36 roulettes passives chacune (18 par rangée). Mais chacune de ces roues contient en outre une multitude de petites roulettes dotées de leurs propres roulements, ce qui porte à 216 le nombre total de ces mini-roulettes dans l'ensemble du système à trois roues. Ainsi, elles fonctionnent avec un faible frottement et ne se bloquent pas, même en cas de forte charge.
Source : James Bruton / YouTube
L'électronique s'est montrée tout aussi expérimentale : Dans le gymnase, l'électricité statique - causée par la friction entre la balle et le sol - a provoqué une panne partielle du système de contrôle. Bruton étudie déjà des contre-mesures
Mes intérêts sont variés, j'aime simplement profiter de la vie. Toujours à l'affût de l'actualité dans le domaine des fléchettes, des jeux, des films et des séries.
Du nouvel iPhone à la résurrection de la mode des années 80. La rédaction fait le tri.
Tout afficher