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Lorsque le robot devient acteur

Jean-François Preveraud
Lorsque le robot devient acteur

Byrun a un comportement très humain en société.

© DR

La firme britannique Engineered Arts utilise les outils de simulation de Maplesoft pour développer un robot humanoïde au comportement très proche des humains. Avec à la clé le développement de nouveaux actionneurs hybrides combinant électricité, mécanique et pneumatique.

On connait au cinéma les agents d’acteurs qui essayent de placer leurs poulains auprès des producteurs et réalisateurs de films à tourner. Il va bientôt falloir leur ajouter les agents de robots-acteurs, qui assureront le même rôle vis-à-vis d’humanoïdes au comportement très proche de celui des humains.

De tels engins sont en cours de développement dans des sociétés telle la britannique Engineered Arts, qui s’efforce de réduire l’écart entre l’humain et l’humanoïde. Son produit phare est aujourd’hui RoboThespian, un humanoïde grandeur nature dont la conception a été inspirée par la physiologie. C’est lui que l’on retrouve dans de nombreux sites culturels pour vous accueillir et vous expliquer inlassablement certains sujets. Il est aussi largement utilisé dans de nombreux centres de recherche et d’enseignement du monde entier pour explorer de nouveaux développements en robotique.

Ses concepteurs ont largement fait appel aux technologies de simulation de Maplesoft pour la modélisation et la conception des systèmes contribuant à son équilibre et à l’expression de son visage lorsqu’il parle. La plate-forme de modélisation et de simulation au niveau système MapleSim, a aussi été utilisée pour la conception de ses jambes qui ont un comportement physiologique exact grâce au développement d’un nouvel actionneur électrique. Mais RoboThespian peut uniquement se tenir debout et s’accroupir, et en aucun cas se mouvoir à partir d’une position fixe. De plus, il reste essentiellement statique lors de ses phases de dialogue.

Des jambes plus véloces

C’est pourquoi les ingénieurs de Engineered Arts ont décidé de développer des jambes plus mobiles afin d’apporter plus d’aisance à RoboThespian. C’est le projet Byrun. Cela passe par le développement d’une nouvelle jambe, donnant à Byrun la capacité de marcher, courir, bondir et sauter, ainsi que par celui d’un haut du corps gagnant en rapidité, force et dextérité, et enfin un visage capable d’adopter un nombre illimité de traits.

« Pour Byrun, nous voulons intégrer davantage de dynamique anthropomorphe dans la conception mécanique. En adoptant une approche inspirée de l’humain au niveau du hardware, on pourra faire marcher, courir et sauter Byrun sans cette raideur des mouvements propre aux robots », explique Guillaume Hirohide Sasagawa, ingénieur chez Engineered Arts.

                        
                            La conception novatrice des jambes de Byrun

Pour mener à bien ces développements, les concepteurs ont utilisé MapleSim afin de simuler différents types de composants non linéaires complexes comme des muscles pneumatiques et des ressorts parallèles, qui apportent un amortissement des chocs, un rendement énergétique et une fluidité des déplacement semblables à ceux de l’homme. Ainsi, si les moteurs électriques sont rapides et précis, ils sont rigides. En revanche, les actionneurs pneumatiques qui sont puissants et éco-énergétiques, sont aussi difficiles à contrôler. De plus, l’approche classique de motorisation des robots consiste à utiliser un actionneur par articulation.

Une nouvelle approche de la motorisation

Pour aller au-delà de ces contraintes, Byrun fera appel à une conception électromagnétique en parallèle, où plusieurs actionneurs de types différents commandent les actions d’articulations uniques. Cette approche met en œuvre les meilleurs aspects des deux types d’actionnement, tout en compensant leurs faiblesses. A l’inverse, certains actionneurs généreront un mouvement couplé sur plusieurs axes, de façon à imiter, par exemple, les capacités physiologiques de l’épaule humaine. Il en résultera un mouvement plus naturel, mais potentiellement plus difficile à contrôler. Là encore, Maplesoft vient à la rescousse, en fournissant aux ingénieurs des outils avancés capables de s’attaquer aux difficiles équations de contrôle à variables multiples utilisées pour développer les algorithmes de mouvement de Byrun.

Ainsi, grâce à MapleSim, il devient possible de créer des prototypes virtuels pour chaque stade de la conception en modélisant des éléments mécaniques, électriques, thermiques et pneumatiques, afin de les valider sans qu’il soit nécessaire de créer des prototypes physiques. La réponse des systèmes peut ainsi être prévue très en amont du cycle de développement. « Ce logiciel nous aide à créer les paramètres de conception dans un environnement virtuel très rapidement. Nous ne sommes plus obligés de reconstruire le robot à chaque itération de conception, ce qui représente un gain de temps et d’argent non négligeable et nous permet d’explorer des options plus radicales. Enfin, la cinématique complexe peut être facilement simplifiée à l’aide de Maple. C’est un outil puissant car les ressources nécessaires à la réalisation du projet sont sensiblement réduites », constate Guillaume Hirohide Sasagawa.

Simplifier la modélisation

Les concepteurs de Byrun apprécient également les performances de MapleSim pour simplifier les calculs complexes. « La capacité de MapleSim à générer automatiquement des modèles mathématiques complexes, comme par exemple la dynamique des jambes, est remarquable. Différents paramètres peuvent être modifiés à différents stades pour réduire la complexité des calculs. Dans le cas de Byrun, nous avons pu simplifier considérablement la dynamique des jambes, en effectuant les calculs beaucoup plus rapidement. Ce processus extrêmement puissant a un réel impact sur les échéances et les résultats escomptés du projet ».

                        
                          Simuler facilement le comportement de la jambe

Des outils qui vont servir maintenant à développer une main robotique basée sur les mêmes principes, une articulation de coude à la cinématique non conventionnelle, avec des actionneurs électropneumatique en parallèle, ainsi qu’un ensemble complet torse, épaule et bras.

« Pour valoir le coup, Byrun doit effectuer quelque chose de jamais vu auparavant. S’il peut seulement faire 10 % de la marche de John Travolta, des figures de danse de Margot Fonteyn et du sourire de Julia Roberts, nous avons un champion », estime William Jackson, Directeur d’Engineered Arts. « La réalisation de ces objectifs est une tâche herculéenne. Nous créons un objet matériel non seulement exaltant, mais aussi une formidable plate-forme de développement dont d’autres profiteront ».

Jean-François Prevéraud

Pour en savoir plus : https://www.engineeredarts.co.uk & http://www.maplesoft.com

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