Des chercheurs de l’Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) ont développé un ensemble de méthodes et d’algorithmes innovants qui améliorent les performances et la précision de la conception des véhicules grâce à l’optimisation topologique, une technique mathématique qui permet d’optimiser les conceptions en répartissant efficacement les matériaux. Les résultats de la recherche que ces scientifiques ont appliquée à la conception de pièces d’un motocycle de compétition afin de réduire son poids tout en conservant ses performances pourraient avoir un impact considérable dans des secteurs tels que l’automobile ou l’aéronautique.
Grâce à un filtre qui fonctionne directement avec le champ de densités à l’aide d’algorithmes automatiques, les chercheurs ont réussi à fabriquer des pièces avec une répartition optimale des matériaux en fonction des limitations imposées, qu’il s’agisse du poids, du volume, de l’effort ou de la quantité de chaleur que la pièce devait transmettre ou supporter. Les résultats de la recherche ont été récemment publiés dans la prestigieuse revue scientifique spécialisée Structural and Multidisciplinary Optimization.
«L’avantage d’utiliser l’optimisation topologique pour la conception de pièces est que vous obtenez automatiquement la forme optimale, au lieu d’avoir à appliquer différentes itérations et calculs», indique l’un des auteurs de l’étude, Abraham Vadillo Morillas, du département d’ingénierie mécanique de l’UC3M, qui a développé sa thèse de doctorat dans ce domaine. «De plus, ce processus présente d’autres avantages, tels que peut l’être l’économie de coûts directs et indirects. Par exemple, un avion fabriqué avec une pièce plus légère que l’originale sera plus écologique et rendra le voyage moins coûteux pour le voyageur», souligne-t-il.
Un monde d’applications à découvrir
Bien que la validation expérimentale de ces avancées ait été réalisée dans le but de fabriquer des pièces de motocycles, les applications de ces méthodes sont beaucoup plus larges, car de nombreux secteurs peuvent bénéficier de la réduction du poids de leurs composants, ainsi que de l’amélioration de leur rigidité.
«Toute pièce soumise à des charges ou à des vibrations peut bénéficier de ces avancées : des composants de véhicules aux éléments de machines industrielles, aux structures architecturales, aux bijoux ou même à la mode», explique une autre des chercheuses, Cristina Castejón Sisamón, professeure titulaire de chaire au département d’ingénierie mécanique de l’UC3M et responsable du groupe de recherche MAQLAB.
La méthodologie utilisée pour réaliser ces avancées a consisté à adapter l’optimisation topologique aux principaux processus de fabrication et à améliorer l’interprétabilité et la précision des résultats grâce à de nouveaux algorithmes. Dans le cas de la fabrication additive, les chercheurs ont développé des méthodes spécifiques pour l’impression 3D qui ont déjà été utilisées pour fabriquer des composants de motocycle dont le poids a été considérablement réduit.
Récemment, l’équipe a commencé à intégrer des techniques d’intelligence artificielle (IA) afin de progresser vers des processus d’optimisation encore plus autonomes. «Notre objectif est de développer des agents capables d’ajuster eux-mêmes les paramètres d’optimisation, dans le cadre d’une approche que nous avons baptisée AVM (Adaptive Variable Modeling). Nous espérons ainsi que les nouveaux outils basés sur l’IA changeront le paradigme de la conception mécanique et permettront de générer des pièces optimales de manière plus rapide, plus précise et plus efficace», conclut M. Castejón.
La thèse doctorale développée dans cette ligne de recherche a été la première liée au projet de la compétition MotoStudent à laquelle participe l’UC3M avec ses étudiants et l’association MOTO-MAQLAB-UC3M. Cette ligne de recherche a débuté il y a plus de dix ans dans le but de soutenir les étudiants participant à cette compétition. Les développements de la recherche sont déjà tangibles dans les différents prototypes qui ont participé à plusieurs éditions de MotoStudent, dont certains sont exposés à l’entrée du bâtiment Torres Quevedo du campus de Leganés.
Vidéo: https://youtu.be/bTAGcDqRSAE