50 années de robotique... Et maintenant ?

15 mars 2012

Un robot baby-sitter, on en rêve tous. Cela fait un moment qu’on nous l’annonce, mais alors, c’est pour quand ? – « Pas si vite », répond Oussama Khatib. L’interaction entre les humains et les robots, c’est la spécialité de ce professeur de robotique à l’Université de Stanford, en Californie. Invité par Jean-Paul Laumond à un séminaire de la chaire Innovation technologique Liliane Bettencourt au Collège de France, il nous montre de quoi sont réellement capables les robots aujourd’hui.

En guise d’introduction, le professeur Khatib revient sur 50 années de robotique, en montrant une évolution lente mais sûre vers le robot « familial ». Dans les années 80, les robots n’interagissaient pas avec l’humain : ils le remplaçaient pour des tâches simples et répétitives, à l’image des robots des chaines de montage dans les usines. Dans les années 90, ils commencent à assister les humains dans certaines tâches : s’invitant dans les salles d’opération, des robots prolongent le bras du chirurgien. Pour Oussama Khatib, comme pour nombre de ses collègues roboticiens, cela ne fait aucun doute : les robots devraient arriver très bientôt dans l’environnement domestique. 

> Encore des obstacles à enjamber

Mais avant qu’un androïde puisse faire le ménage à notre place ou nous aider dans les tâches du quotidien, il reste de nombreux problèmes à régler. Le grand challenge aujourd’hui, c’est l’interactivité entre l’homme et la machine.

A l’heure actuelle, pour qu’un robot puisse s’asseoir, il faut qu’il soit guidé manuellement par un humain. Demain, les robots humanoïdes devront être capables d’imiter les gestes nécessaires aux humains pour accomplir des tâches simples. Car ce qui est simple pour un être humain ne l’est pas forcément pour un robot. Un exemple ? Pour ramasser un objet tombé par terre en maintenant le corps à l’équilibre, il y a une infinité de gestes possibles. L’humain apprend sans cesse la configuration optimale permettant de minimiser l’effort. L’androïde doit pouvoir en faire autant. L’équipe du Professeur Khatib étudie donc les mouvements du corps humain pour doter ses robots de compétences similaires, afin d’améliorer leur capacité d’interaction  avec l’Homme.

Pendant l’effort, le mouvement correspond aux lignes d’accélération maximales. Ce sont toujours des courbes, jamais des lignes, qu’il s’agit de trouver. On le fait en attachant des capteurs à l’humain et en le regardant bouger. Puis les forces sont modélisées mathématiquement.
 

Permettre au robot d’apprendre les meilleurs gestes des humains est une chose. Diriger ses mouvements vers un but en est une autre. Pour mener à bien la plupart de ses tâches, le robot doit percevoir en temps réel où les points de contact se situent dans un environnement non structuré. Cela nécessite un contrôle coordonné très particulier. Pour les roboticiens, il faut créer un système permettant d’intégrer la mobilité et la manipulation dans un même cadre. 

L’exécution implique de fermer la boucle entre action et perception. Pour agir dans un environnement dynamique, le robot doit être capable de maintenir l’objectif tout en tenant compte de variations possibles de trajectoire. Concrètement, si vous vous placez en travers de son chemin, il doit être capable de vous éviter tout en continuant à marcher. L’équipe du professeur Khatib travaille donc sur des détecteurs de collision. 

Grâce à la modélisation mathématique, on arrive à résoudre toutes les collisions dans un environnement dynamique. Localement, ce modèle dynamique tient lieu de structure de commande : dans ce cas, il n’y a aucune planification (le robot ne peut pas « prévoir » d’éviter un objet dynamique) mais il y a une force répulsive : avec ses capteurs, le robot « ressent » la force qui s’oppose à lui et l’ajoute à son mouvement (pour éviter une collision par exemple).

Mais en travers de son chemin, le robot ne rencontrera pas que des obstacles « physiques » : il aura aussi, parfois, des problèmes à résoudre. Imaginez par exemple qu’en voulant préparer le biberon de votre nourrisson, il constate que vous n’avez plus de lait en poudre entamé dans le placard de la cuisine. Comment peut-il planifier de nouvelles tâches imprévues (comme aller en chercher une nouvelle boite dans le garde-manger) tout en restant concentré sur son objectif final (préparer le biberon) ?

Toute la difficulté de la chose est que le robot doit garder son cap, quels que soient les aléas qui s’opposent à lui. Ainsi, comment peut-on connecter la planification locale (trouver et combiner des gestes pertinents pour la tâche en cours) à la planification globale (additionner les tâches de manière cohérente en fonction d’un objectif, tout en devant éventuellement résoudre des problèmes) ? On commence seulement à s’en soucier : jusqu’à récemment, la puissance de calcul des machines ne permettait pas d’intégrer la planification dans le processus de l’exécution. C’est donc un continent inexploré qui s’ouvre pour les roboticiens.

 

 Source de l’image : Luis Sentis, Université de Stanford.


> Un humanoïde sinon rien

Mais au fait, demande-t-on dans la salle, pourquoi les robots de demain auraient-ils nécessairement forme humaine ? Ne peut-on profiter de l’avancée de la technologie pour imaginer des machines qui font ce que nous ne sommes pas du tout capables de faire, plutôt que de chercher à nous imiter dans notre apparence et nos capacités ?

– En réalité, répond le Professeur, les robots qui sont conçus pour reproduire les capacités humaines pourront tout à fait les dépasser : par exemple, les capteurs de certains robots leur permettront de « ressentir » les obstacles à distance dans tout leur « corps ». Et si les roboticiens cherchent à imiter l’humain, c’est pour se sentir moins seuls dans leur discipline, et plus utiles à la science en général : en effet, la robotique humanoïde a l’avantage de poser la question de l’action anthropomorphe. S’intéresser aux androïdes permet ainsi de dialoguer avec tous les secteurs de la recherche, et toutes autres sciences.

Et puis, « les machines doivent être anthropomorphes car nous le sommes, et notre environnement aussi. C’est la machine qui doit s’adapter à notre environnement, et non l’inverse ». Logique, quand on y pense…
 

Grâce à la Kinect, Asimo, le robot de Sony, imite vos mouvements. 

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