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Homme-robot : les outils d'une relation réussie

SOPHIE EUSTACHE

Mis à jour le 06/12/2014 à 09h41

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Homme-robot : les outils d'une relation réussie

La relation entre le robot et les hommes qui l'entourent pose de nombreux défis technologiques. Appréhension de son environnement, intelligence embarquée, sens du toucher sont trois leviers sur lesquels travaillent roboticiens et chercheurs. Si l'intelligence logique est bien avancée, il reste à améliorer l'intelligence sensori-motrice pour pouvoir interagir en toute sécurité avec les robots.

Depuis l'instauration de robots collaboratifs (cobots, exosquelettes et humanoïdes) l'interaction homme-robot s'articule autour de plusieurs « briques » technologiques. En effet, pour développer des robots capables de collaborer et de « vivre » au contact des hommes, chercheurs et industriels travaillent à développer des algorithmes d'apprentissage, étudient l'aspect mécanique, et mènent des recherches sur les matériaux. La société RB3D donne cette définition de la cobotique (robotique collaborative) : « C'est une branche émergente de la technologie à l'interface de la cognitique et du facteur humain (comportement, décision, robustesse et contrôle de l'erreur), de la biomécanique (modélisation du comportement et de la dynamique des mouvements) et de la robotique (utilisation d'artefacts dans un but de production de comportements mécaniques fiables, précis et/ou répétitifs à des fins industrielles, de santé ou de convivialité). »

Pour faciliter l'acceptation du robot par l'homme et assurer une interaction naturelle et sécurisée, rien n'est laissé au hasard, à commencer par l'aspect du robot. Ainsi, la matière souple choisie comme « peau » par les roboticiens de Robopec participe à rendre leur robot expressif : « Reeti nous permet d'ajouter de l'interaction entre l'homme et le robot, à travers un panel d'émotions. La peau du Reeti est souple et déformable, il peut donc reproduire certaines émotions », explique Christophe Rousset, fondateur de Robopec. Outre un visage expressif, les matériaux souples et intelligents permettent aussi un toucher plus sensible. Les roboticiens s'orientent donc vers la soft-robotique.

Alors que le raisonnement de haut niveau est facile à reproduire et à simuler via du software, reproduire sur un robot les aptitudes sensori-motrices humaines reste un enjeu essentiel de la robotique. On appelle cet écart entre intelligence artificielle et intelligence sensible le paradoxe de Moravec. À travers iCub, un petit robot open source doté de trois sens (vue, ouïe, toucher), des chercheurs de l'Institut italien de technologie travaillent à améliorer le sens du toucher. iCub est un robot humanoïde capable d'interagir avec son environnement et les humains. Bardé de capteurs sensoriels, il peut reconnaître divers objets, s'en saisir sans les écraser et retenir leur appellation.

Des capteurs pour bien percevoir l'environnement

Plus récemment, les laboratoires Sandia (États-Unis) ont développé une main robotisée dotée d'un tel niveau de dextérité qu'elle a été implémentée sur un robot démineur : Robo Sally. Ses doigts et sa paume sont recouverts d'un gel qui agrippe des objets avec la même adhérence qu'une peau humaine. Dotée de fins moteurs, elle peut reproduire les mouvements de la main. Et pour la piloter à distance, un opérateur enfile une main exosquelette bardée de capteurs sensoriels, à laquelle est couplée la main de Robo Sally, qui en reproduit chaque mouvement.

Pour améliorer la sensibilité d'une main robotisée, on peut même lui greffer des yeux. C'est la solution choisie par des ingénieurs de Shadow Robot, une entreprise spécialisée en robotique. Grâce au Kinect de Microsoft, la main est dotée d'un système de vision qui lui permet d'analyser la forme de n'importe quel objet. Shadow Robot a mis au point un modèle informatique de traitement du signal qui permet de reconstituer la forme de n'importe quel objet juste en analysant la disposition des cinq doigts de la main. Ainsi, vous pourrez bientôt serrer sans crainte la main d'un robot.

Au-delà des capteurs sensoriels, une autre technologie essentielle intervient dans la relation homme robot : les capteurs de perception (mouvement, force, résistance). Ceux-ci permettent aux robots mobiles de circuler et d'éviter des obstacles, et aux cobots industriels de travailler près des opérateurs sans les mettre en danger. Les cobots installés sur les lignes de production intègrent des capteurs tactiles et un système de vision : quand ils perçoivent un danger dans leur zone de travail, ils s'arrêtent. C'est le cas d'Omnirob, développé par Kuka et qui sera installé sur les lignes d'assemblage d'Airbus (lire aussi page 35).

Essentielle à la sécurité des opérateurs, la perception de l'environnement permet d'envoyer le robot dans des milieux inhospitaliers pour l'homme. Robopec, la société qui a développé Reeti, travaille ainsi sur des robots d'exploration, notamment aquatiques : « Pour chaque domaine il y a des spécificités : sur un bateau robotisé, on intègre davantage de caméras, tandis que sur un sous-marin, on incorpore des sonars. On essaie aussi de développer un laser, mais on rencontre des difficultés quant à la portée, qui est très faible », détaille Christophe Rousset. Tous ces capteurs sont reliés à une couche logicielle : « On a une IHM [interface homme-machine] qui permet de préparer la mission, de prévoir comment le robot doit réagir dans son environnement, et la carte de sa tâche. Les capteurs lui permettent ensuite de savoir où il en est dans sa mission. »

De la puissance de calcul pour affiner les connaissances

Les capteurs sont donc les nerfs du robot, mais ils ne seraient rien sans intelligence embarquée ou sans puissance de calcul. Ces deux briques permettent au robot de détecter l'intention de l'homme (un exosquelette doit par exemple calculer en temps réel la trajectoire voulue par l'homme) mais aussi d'apprendre de leur expérience. L'institut de robotique de l'université de Carnegie Mellon (États-Unis) travaille sur un processus de traitement des informations pour que les robots appréhendent mieux leur environnement. Ce processus, dit LROD (Lifelong robotic object discovery), permet à un robot mobile doté de deux bras, d'une vidéo en couleur, d'une caméra Kinect et d'un recueil d'autres informations non-visuelles de découvrir par lui-même une centaine d'objets dans un laboratoire agencé comme une maison, où sont placés des écrans d'ordinateurs, des plantes ou encore des produits alimentaires. Généralement, les chercheurs construisent des modèles numériques des objets pour les charger dans la mémoire du robot, de manière à ce qu'il les reconnaisse quand il les manipule. Avec LROD, le robot appréhende les objets par lui-même. Ainsi, avec le temps et l'expérience, il affine sa connaissance des objets et en construit ses propres modèles numériques. Il peut aussi faire des liens entre les objets, par exemple pour estimer si une chose est déplaçable ou au contraire solidaire d'une autre.

L'homme doit toujours pouvoir reprendre la main

Ces processus d'apprentissage permettent au robot de s'adapter à son environnement et d'augmenter sa capacité de décision. Chez Akka Technologies, les ingénieurs ont intégré une couche d'intelligence artificielle au sein de la voiture robotisée Link et Go : « la voiture est capable de reconnaître le passager, et selon l'heure et le contexte, de proposer des itinéraires. Le robot devient force de proposition. Il y a d'ailleurs une synergie entre le domaine de la robotique et du high-tech, puisque nous nous appuyons sur le cloud et le big data pour rendre le véhicule plus intelligent », explique Luc Barthélémy, chef de projet Link et Go chez Akka Technologies. Mais peu importe le niveau d'intelligence, l'homme doit toujours pouvoir reprendre la main, en particulier sur les robots collaboratifs dédiés au service. Loin des fantasmes du robot capable de prendre le contrôle de nos vies, Rodolphe Hasselvander, directeur du Centre de robotique intégrée d'Île-de-France (CRIIF) nous ramène à la réalité : « Nous n'en sommes pas au point d'avoir des robots autonomes. L'idée est d'avoir un robot contrôlé à distance. Par exemple, si je suis à Paris et que ma grand-mère tombe dans son appartement à Bordeaux, je veux pouvoir, à travers un robot, la relever et aller lui chercher un verre d'eau. »

5 défis technologiques majeurs

1 MATÉRIAUX INTELLIGENTS : pour améliorer le sens du toucher

2 CAPTEURS SENSORIELS : pour mieux percevoir l'environnement

3 PUISSANCE DE CALCUL : pour définir en temps réel les trajectoires

4 INTELLIGENCE ARTIFICIELLE : pour apprendre à reconnaître l'environnement et à effectuer de nouvelles tâches

5 MÉCANIQUE : pour que les mouvements du robot paraissent naturels pour l'homme

 

Rodolphe Hasselvander* (CRIIF) : « On va vers la soft robotique »

 

Quels sont les défis technologiques pour faire cohabiter les robots et les hommes ?

Avec l'émergence de la cobotique, on est de plus en plus confronté à la problématique de la collaboration et de la cohabitation homme-robot. Avant, les robots n'avaient pas de moyens de perception de l'environnement. Aujourd'hui ils sont dotés de capteurs de force et d'effort de couple pour détecter ce qui se passe dans leur environnement. Le défi est surtout financier : parfois les capteurs utilisés dans les robots industriels sont trop chers, on essaie alors de trouver une parade et de calibrer les moteurs et les actionneurs pour assurer une utilisation sécurisée des exosquelettes et des cobots de services.

Quel type d'interfaces développez-vous pour rendre intuitif le contrôle des robots?

Le dernier type d'interface sur laquelle nous travaillons pour la relation homme robot est un système de contrôle commande basé sur les ondes cérébrales. L'idée est d'utiliser des électrodes intégrées dans un casque. Pour contrôler les robots d'accompagnement et d'exploration, nous utilisons la Kinect. On va vers des robots de plus en plus compliqués, avec plusieurs bras et plusieurs axes, c'est donc important d'avoir une interface intuitive. La Kinect relève bien ce défi, puisqu'elle détecte les mouvements de l'homme, que le robot reproduit. Nous utilisons aussi le casque Occulus Rift : si on tourne la tête, le robot tourne la caméra dans la même direction.

Vers quels matériaux se tournent les roboticiens pour faciliter la relation homme robot ?

On va vers la soft robotique. On développe des robots plus souples : en cas de contact, il y a moins de problèmes de sécurité. Le toucher est plus doux et plus mou. En parallèle, on développe un tas de technologies d'actionneurs, avec des systèmes à mémoire de forme, par exemple. Pour améliorer le toucher, les matériaux qui intègrent des réseaux de capteurs sont aussi très intéressants.

(*) Directeur du Centre de robotique intégrée d'Ile-de-France

 

 

La cobotique en compétition

L'an dernier, le gouvernement français a lancé le plan robotique pour améliorer le positionnement de l'Hexagone en termes de robotique industrielle et de services. Suite à ce plan pour robotiser les PME, le gouvernement français lance début décembre un concours robotique sur le thème de la collaboration homme-robot. Ce concours concerne plus précisément les professionnels ayant développé une application robotique, un robot interactif ou un cobot qui met en oeuvre la collaboration entre l'homme et le robot dans le domaine industriel ou en milieu professionnel (logistique, médical, agricole, etc.). Les critères évalués seront la complémentarité de l'homme et du robot dans la réalisation de l'activité, l'impact économique, l'impact sur l'attractivité du poste et la diminution de la pénibilité du travail, l'innovation technologique, la qualité de l'interaction homme-robot (fluidité, intuitivité, mise en oeuvre opérationnelle) et la sécurité (identification des risques et solutions retenues).

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