Soutenance de thèse : Théotime BALAGUER

Flotte Coopérative de Robots Aériens basée sur des Communications Sans Fil, sous l'angle du Flocking

Doctorant : Théotime BALAGUER

Laboratoire INSA : CITI - Centre d'innovation en Télécommunications et Intégration de Services
École doctorale n°512 lnfoMaths - Informatique et Mathématiques de Lyon

Comparé à un robot seul, une flotte de robots aériens coordonnés peuvent apporter des gains en vitesse, flexibilité et robustesse lors de missions complexes. Mais son déploiement présente encore des défis centraux, parmi lesquels la communication, essentielle pour une bonne collaboration entre les drones. Les techniques de réseaux ad-hoc et de contrôle distribué semblent adaptées pour ces systèmes multi-drones - couramment appelés Flying Ad-hoc Networks (FANETs) - car elles passent à l'échelle, sont adaptables à de nombreuses situations et présentent une certaine tolérance aux dysfonctionnements. Malgré d'importants efforts de recherche dans ce domaine, les interactions entre qualité de communication et contrôle d'une flotte de drones sont encore peu comprises. Dans cette thèse, nous étudions cette influence mutuelle entre les systèmes de communication et les algorithmes de contrôle multi-robot, avec le but final d'améliorer la coordination des flottes de drones. Nos travaux portent en majeure partie sur le flocking, une stratégie de contrôle distribuée aux nombreux avantages, comme l'évitement de collisions ou le maintien de connectivité, et parfaitement adaptée aux micro-drones et au Wi-Fi, qui sont les deux technologies au cœur de cette thèse. Dans un premier temps, nous présentons DANCERS, un co-simulateur robotique et réseau spécialement conçu pour l'étude des systèmes multi-robot. DANCERS est une plateforme de simulation flexible permettant d'interconnecter n'importe quel simulateur de robotique avec n'importe quel simulateur de réseau. Grâce à cet outil et à des expériences en milieu réel, nous démontrons comment des contraintes de communication peuvent impacter la qualité de contrôle d'un robot aérien. D'abord, nous étudions l'effet d'un réseau congestionné sur le contrôle à distance d'un drone, puis nous transposons ces résultats vers un système multi-robot plus complexe, le flocking, pour analyser sa résilience face à des conditions de communication imparfaites. Enfin, tirant parti de la mobilité des drones au lieu de la considérer comme une contrainte, nous proposons un nouvel algorithme de déploiement automatique de relais radio aériens. Dans cette nouvelle approche, un essaim de drones forme automatiquement un réseau extensible, reconfigurable et robuste, qui permet de maintenir des liens de communication en temps réel avec plusieurs zones éloignées et difficiles à atteindre, permettant des applications comme la recherche et sauvetage ou la surveillance simultanée de plusieurs cibles. Cet algorithme est évalué en simulation avec le co-simulateur DANCERS.