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"Les robots modernes sont incroyablement maladroits", pointe Vincent Hayward, spécialiste de l'haptique et lauréat du Grand Prix Inria 2019

Alexandre Couto

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Vincent Hayward, enseignant-chercheur Sorbonne Universit, mne des recherches sur les interactions tactiles, est galement conseiller scientifique d'Actronika - entreprise spcialise dans le domaine des interfaces haptique.

© © Inria / Photo G. Scagnelli

Professeur à l’institut des systèmes intelligents et robotiques (ISIR), Vincent Hayward doit recevoir le 17 janvier le Grand Prix Inria 2019 pour ses travaux dans le domaine de l’haptique, qui visent à reproduire le sens du toucher sur des dispositifs. Il revient pour Industrie & Technologies sur les domaines d’applications de cette technologie, et sur son importance pour la conception d’une nouvelle génération de robots.

 

Industrie & Technologies : Le développement des technologies haptiques, autour du sens du toucher, s'est accéléré ces dernières années. Pourquoi ?

Vincent Hayward : Assez prosaïquement, c’est le développement des smartphones et notamment de l’intégration de la fonction vibration, qui a accéléré le développement des technologies haptiques. Si au départ elle n’avait vocation qu’à être qu’une alerte, une sonnerie en mode silencieux, la vibration s’est transformée pour devenir un véritable message transmis à l’utilisateur. Les smartphones intègrent désormais des retours tactiles lorsque l’on accède à certaines icones ou fonctions, ce qui tisse des liens plus étroits entre l’homme et la machine.

Quelles en sont les principales applications ?

Le secteur de la santé, et plus particulièrement la chirurgie, s’est intéressé très tôt à la restitution du toucher. Pour leur formation, les chirurgiens ont besoin d’un environnement dans lequel ils peuvent exercer leur habilité. Actuellement, l’automobile tire énormément les solutions haptiques. Pour les constructeurs, cela répond à un double enjeu : l’un de sécurité, en permettant à l’utilisateur d’effectuer des actions au toucher, sans quitter la route des yeux, l’autre de diminution de la complexité mécanique de l’habitacle, en réduisant le nombre de boutons. La domotique s’intéresse également à ces solutions pour améliorer encore davantage l’interface homme-machine, et mieux intégrer les appareils dans l’environnement humain.

De nombreux travaux de R&D visent à fournir aux robots un sens du toucher. Dans quel but ?

L’idée de fournir un sens tactile au robot remonte aux années 1950, au début de la robotique, mais elle a été largement ignorée. Pour se repérer dans son environnement, le robot ne s’appuie actuellement que sur un seul sens : la vue. Le développement des capteurs CCD et CMOS, simples à fabriquer, a permis la généralisation de ce sens, au détriment des autres. Cela a eu un impact sur la conception des robots industriels modernes. En un mot, ils sont incroyablement maladroits ! Il faut adapter leur environnement pour qu’ils remplissent des tâches et non l’inverse. Le développement de la robotique collaborative, mais aussi de la robotique « molle », fait bouger les lignes dans ce domaine. Le robot est conçu pour entrer en contact avec son environnement. Le toucher lui donne les informations nécessaires pour évoluer dans des environnements complexes, avec dextérité et précision.

Comment dote-t-on un robot de ce sens ?

L’idée est de les équiper d’une peau synthétique qui capte les informations. Il s’agit de l’idée de base, mais le sujet est beaucoup plus complexe qu’il n’y parait : la peau n’est qu’un des éléments du toucher. Chez l’homme, c’est la combinaison de la peau, des muscles et du squelette qui transmet la sensation et donc l’information. Recouvrir un robot à la structure extrêmement rigide d’une peau synthétique n’apporte pas une finesse suffisante pour être qualifié de sens du toucher. Des recherches sont en cours notamment dans la robotique « molle », pour penser l’ensemble de la structure robotique en privilégiant l’haptique. Mais il y a encore beaucoup à faire.

Qu'est-ce qui vous a amené à travailler sur le toucher ?

Je me suis toujours intéressé aux sens, même bien avant d’aborder la robotique. A l’origine, j’avais pour projet de faire une thèse en acoustique, mais cela n’a pas pu se concrétiser. Je me suis alors orienté vers la synthèse vocale au laboratoire d’informatique pour la mécanique et les sciences de l’ingénieur (LIMSI) puis la programmation de robots, notamment dans le cadre industriel. Le tournant vers l’haptique est arrivé au début des années 1990 : je me suis mis à travailler sur une interface homme-machine pour permettre aux personnes non voyantes d’interagir avec un ordinateur. L’enjeu était important car les systèmes de commande par lignes de caractères, de type DOS, passaient à des interfaces graphique comme Windows. Si dans les premiers, les personnes non-voyantes arrivaient à trouver leur repères et pouvaient interagir avec un clavier braille, il fallait imaginer un moyen de transcrire l’interface visuelle vers un autre sens. Après des essais infructueux avec les commandes vocales, je me suis tourné vers le retour tactile. J’ai mis au point un robot dont l’effecteur génère un retour de force et renvoie à l’utilisateur des sensations de toucher différents, comme une friction, en fonction des éléments sélectionnés à l’écran. Ce dispositif a rencontré un succès technique immédiat, sans qu'il en soit de même sur le plan commercial. La miniaturisation n’était pas encore passée par là et il était trop encombrant.

Concrètement, comment reproduisez-vous ces sensations ?

De manière générale, la sensation provient de l’action d’une force contre la peau de l’utilisateur. Les premiers retours de force consistaient à appliquer un effort continu. Or nous nous sommes rendu compte que ce sont les oscillations, c’est-à-dire la sensation vibrotactile, qui génèrent le meilleur rendu pour l’utilisateur. Cette sensation peut être générée relativement facilement grâce à des moteurs électrodynamiques. Notre savoir-faire est essentiellement dans la création et le calibrage du signal pour simuler la sensation désirée.

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