Selon l'application, leur technologie fonctionne désormais avec ou sans la poignée à capteurs des versions précédentes. Un simple effleurement d'un diable ou d'une poussette, et les infimes variations des données de conduite mesurées, suffisent au système pour assister – de manière quasi intuitive – l'accélération, le freinage et les virages. Les moteurs électriques intégrés aux roues fournissent toutes les informations nécessaires, sans capteurs supplémentaires.
Un parent poussant une poussette ou un manutentionnaire manœuvrant un diable : tous deux guident leur véhicule en modulant légèrement la force de poussée, de traction ou de pression exercée. Chacune de ces variations, aussi subtiles soient-elles, indique aux roues intelligentes les intentions de l'utilisateur et sa destination. Les roues interprètent ensuite ces signaux et réagissent en conséquence. Les véhicules équipés de cette technologie démarrent plus facilement, négocient les virages avec plus de fluidité et freinent plus court. « Avec nos roues intelligentes, déplacer une charge est bien plus aisé car les moteurs électriques intégrés aux roues assurent une grande partie de l'accélération », explique le professeur Nienhaus. Les chariots de supermarché récalcitrants ou les lits d'hôpitaux encombrants peuvent désormais être guidés d'un simple effleurement, sans les poussées et tractions habituellement nécessaires pour les maintenir droits. Les remorques à vélo ne sont plus cantonnées à une simple traction passive, et les rollators, déambulateurs et fauteuils roulants peuvent désormais assister activement leurs utilisateurs.
Matthias Nienhaus et son équipe de l'Université de la Sarre ont consacré de nombreuses années à la recherche, au développement et au perfectionnement de cette technologie. En 2018, l'équipe a présenté les capacités d'autodétection de ces roues au salon technologique de Hanovre. Elle a démontré qu'en interprétant les données de mesure des moteurs électriques intégrés aux roues, le système pouvait déterminer quand et comment assister le mouvement, sans capteurs supplémentaires. En 2023, l'équipe a démontré qu'avec l'ajout d'une poignée équipée de capteurs, les roues pouvaient déplacer des charges avec aisance : accélérer ou freiner, tourner plus lentement ou plus vite selon les besoins, chaque roue fonctionnant indépendamment ou en synchronisation avec les autres. « En combinant la poignée équipée de capteurs à notre technologie de roue intelligente, nous sommes désormais capables de déplacer plus de quatre tonnes », explique Matthias Nienhaus. Jusqu'à présent, la poignée à capteurs était indispensable comme interface utilisateur permettant de spécifier la direction du déplacement ; elle abritait également le centre de contrôle du système : le microcontrôleur.
Des roues autonomes : déplacement assisté sans poignée à capteurs
Dans la dernière version de leur technologie de roue intelligente, Nienhaus et son équipe ont trouvé le moyen de supprimer complètement la poignée de capteurs. « Cela rend la technologie plus simple, plus intuitive et plus économique », explique Nienhaus. Une légère variation de la force de poussée ou de traction appliquée par l'utilisateur suffit aux moteurs des roues pour déterminer s'ils doivent fournir un soutien léger ou une poussée plus puissante. Ceci est possible car, grâce à une stratégie de contrôle de mouvement appropriée, les moteurs sont quasiment autorégulés et peuvent générer eux-mêmes les commandes nécessaires. « Le contrôle précis du véhicule est obtenu grâce à une combinaison de méthodes d'IA, d'algorithmes haute performance et de l'identification des paramètres pertinents à partir des données du moteur électrique des roues », explique Nienhaus.
Cette nouvelle technologie sans guidon a démontré son efficacité sur des véhicules pesant jusqu'à 100 kilogrammes, selon l'application et la charge utile. Lors du salon de Hanovre de cette année, les chercheurs présenteront la fluidité de déplacement d'une remorque à vélo équipée de roues intelligentes. L'équipe poursuit ses recherches sur le transport de charges nettement plus lourdes sans guidon équipé de capteurs. Pour les véhicules très lourds, les roues intelligentes associées à un guidon équipé de capteurs restent la meilleure solution.
Intelligence artificielle intégrée à la roue : les données remplacent les capteurs supplémentaires.
Les moteurs électriques intégrés aux roues font également office de capteurs, agissant en quelque sorte comme les organes sensoriels propres aux roues. Lorsqu'une roue tourne, les données du moteur d'entraînement interne varient. Ces infimes variations révèlent avec précision l'état de la roue. « Les moteurs électriques des roues fournissent toutes les données de mesure nécessaires à leur contrôle. Par conséquent, l'installation de capteurs supplémentaires ne représente aucun coût additionnel », explique Matthias Nienhaus. Dans plusieurs projets de recherche antérieurs, son équipe a étudié comment extraire un maximum d'informations des systèmes d'entraînement en analysant les données de mesure générées par la rotation des roues. Un ensemble de données pourrait, par exemple, montrer la distribution du champ électromagnétique en des points précis du moteur et son évolution au fil de la rotation.
Les chercheurs ont collecté d'innombrables mesures de ce type provenant des systèmes d'entraînement et les ont corrélées avec des états spécifiques des moteurs et des positions des roues. À partir de cette masse de données, ils ont pu identifier des schémas de signaux correspondant à des processus mécaniques typiques. Nienhaus et son équipe ont également déposé une demande de brevet pour une méthode qui rend les données des moteurs encore plus pertinentes en éliminant les interférences. Les données de mesure peuvent révéler, par exemple, la force transmise par un moteur, l'évolution de la position des roues ou si la charge est plus importante d'un côté que de l'autre.
L'enregistrement de faibles variations des forces appliquées suffit à maintenir les roues sur leur trajectoire.
Des modèles mathématiques et des algorithmes intelligents sont utilisés pour contrôler avec précision les entraînements des moteurs afin qu'ils réagissent de manière appropriée et pour surveiller leur bon fonctionnement. Les moteurs de roue fournissent les données, et un microcontrôleur traite les signaux. Les roues sont extrêmement sensibles et « détectent » en permanence leur position, leur vitesse et la charge qu'elles supportent. Le moindre mouvement du véhicule sur lequel elles sont montées – provoqué, par exemple, par un simple effleurement de la main – suffit au système d'entraînement pour déduire l'action souhaitée. Le microcontrôleur lit ces signaux provenant des moteurs, les compare et fournit le niveau de poussée approprié. Toutes les informations sont transmises via le câblage standard déjà installé.
Ces recherches ont été menées en partie dans le cadre de projets coopératifs financés par le ministère fédéral allemand de la Recherche, de la Technologie et de l'Espace (BMFTR) et le Programme central d'innovation pour les PME (ZIM).
Le professeur Matthias Nienhaus souhaite vivement que les résultats de la recherche appliquée de son équipe se traduisent par des applications commerciales et industrielles. À cette fin, il a fondé WELLGO Systems GmbH, une entreprise dérivée de son département de recherche universitaire.
