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HRP-2, le robot ouvrier

Wilfried Maisy
Premier robot humanoïde à visées industrielles, HRP-2 apprend à partager l'espace humain et à travailler de manière autonome. Reportage à Tsukuba (nord de Tokyo), au laboratoire franco-japonais de recherche en robotique.

Les gestes humains les plus simples sont de vrais travaux d'Hercule pour un humanoïde. Et pour les chercheurs en robotique, la tâche la plus banale ressemble à un casse-tête chinois. Comment faire comprendre à un robot que pour se lever d'une chaise, il doit prendre appui sur la table devant lui, puis, pour se dégager, conserver son équilibre en posant sa main sur le siège ? « Cela n'a pas été simple », répond Abderrahmane Kheddar, directeur de recherche au CNRS et codirecteur du JRL (Joint robotics laboratory), né du partenariat entre l'institut japonais AIST (Institut national de la science et des technologies industrielles avancées) et le CNRS (Centre national de recherche scientifique).

Il apprend à s'asseoir un verre à la main

La réalisation de cette tâche a demandé... trois ans de travail et représente un exploit pour des chercheurs en robotique du monde entier. Pourtant, elle ne fonctionne qu'en laboratoire. Tout le processus de lever de chaise est programmé au millimètre. Changez la hauteur de la table, et le robot n'arrivera plus à se lever ! « Actuellement, nous le programmons pour qu'il puisse s'asseoir une canette à la main, sans renverser de liquide. Cela nous demandera encore quelques mois de recherche. »

Le robot en question s'appelle HRP-2. Il est né au Japon en 2003. De forme humaine, il pèse 58 kg et mesure 1,54 m. Il doit son nom au "Humanoid Robotics Project", un grand programme de recherche en robotique conduit à l'initiative du ministère japonais de l'économie, du commerce et de l'industrie (Meti), dont l'institut AIST est le fer de lance. Comme c'est souvent le cas au Japon, le monde industriel a pris une large part à ces investissements. HRP-2 est fabriqué par Kawada Industries, un géant du bâtiment dans l'Archipel.

Par tous les temps et quelle que soit la tâche

HRP-2 offre un formidable potentiel pour la conduite des recherches en robotique. Il est équipé de 30 moteurs (7 par jambe, 6 par bras, 2 pour le torse et 2 pour la tête), de 4 caméras CCD couleur (2 focales courtes, 2 focales longues) enfouies dans la tête, d'une centrale inertielle 6 axes (3 pour les accélérations cartésiennes et 3 pour les accélérations angulaires) située dans le torse, de 4 capteurs d'effort 6 axes (forces et moments) dans les poignets et les chevilles et d'une pince de type parallèle pour chaque poignet. Côté soft, la plate-forme embarque deux ordinateurs : un PC/Linux temps-réel pour le développement de boucles de contrôle pour réaliser les mouvements, et un PC/Linux standard pour le développement de fonctionnalités avancées de perception visuelles.

Pour le Meti comme pour Kawada, le programme HRP-2 n'a rien de philanthropique. L'objectif est clair : mettre au point une machine capable de travailler dans une usine ou sur un chantier, de manière autonome, seul ou pour seconder l'être humain. Un robot "ouvrier" en quelque sorte. « Jusqu'à présent, tous les robots industriels ont été conçus pour évoluer dans un milieu spécifique, fabriqué pour eux, développe le Dr Kazuhito Yokoi, homologue japonais d'Abderrahmane Kheddar au JRL de Tsukuba. HRP-2 doit au contraire pouvoir travailler dans un environnement humain, partager l'espace des ouvriers et s'adapter à un cadre de travail changeant. Il doit aussi pouvoir oeuvrer à l'extérieur, par tous les temps. Il sera amené à conduire un chariot élévateur ou une machine de BTP. » Sur le papier ou en vidéo (sur le site Internet de l'AIST) on peut déjà voir le robot étanche et "durci" aux manettes d'un engin de chantier. Une façon de montrer aux investisseurs nippons l'extraordinaire potentiel de l'humanoïde.

En réalité, aujourd'hui, HRP-2 est tout juste capable de s'asseoir sur un siège normal de chariot élévateur. Ce qui représente déjà un progrès par rapport à la première version de l'humanoïde (HRP-1), qui nécessitait une chaise spécialement pensée pour ses fesses de métal.

« De là à voir HRP-2 porter des planches sur un chantier, le chemin sera long », admet Abderrahmane Kheddar. Cela n'est pas pour déranger l'âme du chercheur, en quête de vrais défis : « Rendre cette machine autonome pourrait nous demander 10 à 20 ans. Par exemple, il est extrêmement complexe de faire marcher un robot sur du sable, du gravier ou sur un sol glissant. C'est toute la gestion de l'équilibre qu'il faut traduire en algorithmes ». Bien sûr, ce serait plus simple pour un robot doté de roues, mais « la motricité bipède d'un humanoïde lui offre la capacité d'effectuer des tâches beaucoup plus diverses ». Inutile de vouloir faire rivaliser HRP-2 avec un automate industriel, conçu pour réaliser une tâche précise. Il serait loin d'être aussi rapide. En revanche, l'humanoïde serait imbattable dans une PME industrielle flexible et dynamique, où il devrait effectuer des travaux multiples et s'adapter à des évolutions rapides.

L'ouvrier humanoïde tout terrain fait rêver

En se lançant dans la fabrication de son ouvrier humanoïde tout terrain, Kawada Industrie a placé la barre très haut. Mais le résultat sera à la mesure des efforts consentis. Dans ce domaine robotique, l'Archipel bénéficie déjà d'une bonne longueur d'avance sur le reste du monde. Et à n'en pas douter, le marché est bien là : « Il y a 4 ans, une équipe de Bouygues est venue voir HRP-2, pensant que celui-ci était à un niveau opérationnel relativement avancé », se souvient Adberrahmane Kheddar. Ils imaginaient déjà HRP-2 effectuer le travail préparatif d'un peintre de bâtiment. Ils sont repartis un peu déçus, mais il est clair que les industriels sont prêts à payer quelques centaines de milliers d'euros pour un tel travailleur, corvéable à toute heure, rarement "malade" et jamais en grève !

Outre l'industrie et le bâtiment, les Japonais imaginent aussi un HRP-2 secouriste, qu'ils pourraient exploiter après un tremblement de terre, par exemple. Faire ramper HRP-2 a été l'une des premières tâches des chercheurs. « Contrairement à un sauveteur en chair et en os, personne ne pleurera un HRP-2 écrasé sous les décombres », souligne Adberrahmane Kheddar.

Percevoir, décider, agir

Sans logiciel intégré, HRP-2 n'est qu'une "plate-forme", une coquille vide, inanimée. C'est tout l'objet des recherches du professeur Kheddar et de son équipe que de développer des logiciels pour rendre la marionnette d'acier de plus en plus habile. « Nous complétons l'aptitude physique du robot par des capacités de calcul et de raisonnement lui conférant toujours plus d'indépendance dans la maîtrise de ses fonctions sensori-motrices », développe Adberrahmane Kheddar. Nous travaillons à l'autonomie des systèmes dans quatre composantes : les "traditionnelles" perception, décision, action, et l'interactivité avec l'homme et l'infrastructure de l'environnement de travail du robot. »

Une difficulté majeure réside dans la perception d'un environnement dynamique, en mouvement. « On peut apprendre à une machine à saisir un verre d'une couleur et d'une forme déterminée, mais il est plus complexe de lui faire reconnaître n'importe quel verre, une timbale transparente, par exemple. »

À cette difficulté presque insurmontable à l'heure actuelle, beaucoup de chercheurs du domaine envisagent une solution : intégrer à tous les objets faisant partie de l'environnement du robot une puce RFID (identification par radio fréquence). HRP-2 pourrait ainsi lire les informations contenues dans la puce électronique, reconnaître l'objet et le traiter en conséquence. Il pourrait également rechercher des données sur Internet et s'en servir pour s'adapter à une situation. Pour des applications en extérieur, l'emploi de la localisation par GPS peut aussi aider un humanoïde à se repérer dans l'espace.

POURQUOI UN HUMANOÏDE ?

- Seule une machine de forme humaine pourra travailler dans une usine ou sur un chantier, seule ou pour seconder l'être humain. - Les Japonais imaginent aussi un HRP-2 secouriste. - L'objectif est de conférer assez d'autonomie au robot pour qu'il s'adapte à tout environnement. - L'humanoïde conviendra aux PME industrielles, où il pourra effectuer des travaux multiples et s'adapter à des évolutions rapides.

LE JRL, UN LABORATOIRE QUI PREND DES GALONS

Spécialisé dans les recherches en robotique humanoïde, le JRL (Joint japanese-french robotics laboratory) a été créé en 2003 par deux des plus importantes structures de recherche dans le monde : le département Science et technologie de l'information et de la communication du CNRS, et l'Intelligent systems research institute de l'AIST (Institut national de la science et des technologies industrielles avancées). Depuis le mois de novembre 2005, le JRL est organisé autour de deux centres : le JRL-Japon de l'AIST à Tsukuba (en périphérie de Tokyo) et le JRL-France du Laboratoire d'architecture et d'analyse des systèmes (LAAS), dépendant du CNRS à Toulouse (Haute-Garonne). Ces deux sites réunissent des chercheurs des deux nationalités. Vers une unité mixte internationale Le laboratoire de Tsukuba rassemble une dizaine de chercheurs français, dont trois sont permanents depuis cinq ans. Au début du mois de décembre 2008, le CNRS a manifesté sa volonté de donner davantage d'ampleur à ses travaux sur les robots au Japon. « Sous l'impulsion de Pierre Guillon, directeur du département ST2I du CNRS, le laboratoire franco-japonais de robotique va être promu vers une unité mixte internationale (UMI CNRS/AIST). Cela lui permettra de se doter d'une véritable autonomie de laboratoire, afin de recevoir d'autres chercheurs et plus de moyens, précise le co-directeur du JRL, Abderrahmane Kheddar. Nous pourrons passer directement des contrats avec des entreprises et participer à des appels d'offres ».

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