Robots en réseau

Par le 13/04/04 | Aucun commentaire | 1,458 lectures | Impression

Dans les usines, sur le champ de bataille, sur Mars ou au sein des foyers, les robots sont une réalité du monde d’aujourd’hui. Mais l’ère du robot solitaire est sans doute révolue. Comme les autres machines qui nous entourent, les robots, devenus autonomes et mobiles, apprennent à se connecter, à communiquer et à se synchroniser entre eux. Bienvenue dans le monde des robots – en réseau. Par Cyril Fiévet.

Sommaire
Des robots-fourmis
… aux robots-constructeurs…
… en passant par les robots de compagnie

Des robots-fourmis…

Pendant longtemps, le robot était une machine de grande taille, fixée sur un socle et assurant des tâches précises, selon les ordres qu’on lui donnait. La nécessité de faire communiquer des robots entre eux constitue un véritable changement, qu’on peut voir comme une conséquence de l’évolution de la robotique : les machines deviennent plus petites, protéiformes, et leur intérêt provient souvent de leur capacité à se déplacer en terrain inconnu. Lachés dans un environnement naturel ou lointain, les robots communiquant prennent tout leur sens.

L’idée d’un nombre important de robots autonomes, communiquant entre eux ou avec un point central, n’est pourtant pas nouvelle. Les prémisses du concept ont été imaginé par Rodney Brooks en 1989, dans un papier devenu célèbre, intitulé “Fast, cheap and out of control : a robot invasion of the solar system” (“Rapide, bon marché et non-contrôlée : une invasion du système solaire par les robots”, PDF, http://www.ai.mit.edu/people/brooks/papers/fast-cheap.pdf. L’article défend la thèse selon laquelle il est largement préférable de conquérir l’espace et de découvrir des planètes inconnues par le biais de milliers, voire de millions, de petits robots autonomes, plutôt qu’en envoyant un seul robot d’une taille imposante.

L’article va à l’encontre des idées reçues et vaut même à Brooks les quolibets de ses confrères (Brooks dirige pourtant aujourd’hui le “Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory” (http://www.csail.mit.edu, le plus gros laboratoire du MIT, regroupant 750 chercheurs et étudiants).

“Le caractère par essence redondant d’un nombre important de machines autonomes et indépendantes augmente la probabilité d’acquisition d’un grand nombre de données et, plus généralement, du succès de la mission”, écrivait Brooks, comparant les travaux qui pourraient être menés par de tels robots à ceux d’une “colonie de fourmis”, les machines pouvant signifier à tout moment, à destination d’un satellite en orbite autour de la planète visitée, “leur position et leur désir de communiquer les données recueillies”.

Le concept a fait son chemin et de multiples projets de recherche sont désormais consacrés aux “robots Swarm”, un terme générique (dérivé de l’anglais “to swarm” – grouiller, fourmiller), désignant des groupes composés d’un grand nombre de machines autonomes, mais qui sont capables de communiquer entre elles et d’adopter des comportements collectifs.

Sans surprise, on retrouve un “Projet Swarm” (http://www.irobot.com/rd/p07_Swarm.asp) mené par la société iRobot, co-fondée par Rodney Brooks. Soutenu par la DARPA (Defense Advanced Research Project Agency), le projet “développe des techniques de programmation de groupes de robots autonomes”, pouvant se composer de 10 à 10 000 machines. Un robot communique avec ses voisins via des signaux infra-rouges et peut déterminer leur position relative ou leur orientation. Le principe n’est pas seulement d’autoriser la communication entre deux robots, mais de faire en sorte que “des interactions locales se propagent dans l’ensemble du groupe de robots”. On envisage aussi “que les robots pourront communiquer les uns avec les autres en laissant des marques de leur passage, une méthode souvent utilisée dans la nature”.

La recherche en matière “d’essaims de robots” s’appuie en effet fortement sur le bio-mimétisme et en particulier sur la transposition dans l’univers des robots autonomes de modes de communication observés dans le monde des insectes.

Le projet Swarm-Bots (http://www.swarm-bots.org, sponsorisé par la Commission européenne dans le cadre du programme Future and Emerging Technologies (http://www.cordis.lu/ist/fet/home.html, qui implique quatre laboratoires de recherche européens (un en Belgique, deux en Suisse et un en Italie, cf. http://www.swarm-bots.org/index.php?main=1&sub=14, vise précisément à reproduire le comportement d’un ensemble de fourmis. L’idée est de concevoir une “colonie de robots”, composée d’une trentaine de machines mobiles et autonomes. Outre les facultés de communication entre robots, l’ambition du projet tient à la conception des machines, qui doivent autant que possible ressembler à des fourmis. Ainsi le robot, bien qu’il se déplace sur roues et non sur pattes, et bien qu’il soit encore d’une taille supérieure à celle d’un insecte (11 cm de diamètre), peut s’adapter à des sols de natures diverses et accidentés. Il peut aussi saisir des objets, via un minuscule bras manipulateur, et transporter des charges sur son dos. Mais l’un des aspects les plus innovants du projet est sans doute la capacité des robots à s’auto-assembler de façon dynamique, comme les fourmis qui s’agrippent les unes aux autres pour parvenir à un endroit difficile d’accès ou pour transporter une charge particulièrement lourde. Constituant une sorte de train de robots, via des liaisons physiques souples ou rigides, les robots peuvent par exemple franchir ensemble des obstacles, par exemple un trou sur le terrain qu’ils ne pourraient franchir seuls. Pour communiquer, les robots disposent à leur circonférence de diodes émettant des messages sous la forme de couleurs distinctes, détectées par les robots voisins.

De la même façon, le laboratoire “Borg Lab” de l’université Georgia Tech (http://www.cc.gatech.edu/~borg/) vise à explorer la voie “de systèmes multi-agents de grande taille, incluant des humains, des robots et d’autres systèmes automatisés, capables d’une collaboration efficace dans un environnement bruyant et inconnu”. Les recherches ont mené à la création de robots-fourmis, qui tracent des lignes sur leur parcours, à l’instar des fourmis réelles qui libèrent des phéromones pour marquer le terrain, à destination de leurs congénères. Mais le laboratoire s’est aussi distingué par l’étude approfondie de la “danse des abeilles”, c’est-à-dire de la manière dont le mouvement des insectes est utilisé pour communiquer, par exemple pour indiquer l’emplacement de nourriture. Un mode de communication fondé sur le mouvement qui pourrait avoir des applications dans le monde des essaims de robots (http://www.cc.gatech.edu/~borg/biotracking/.

Au total, la robotique Swarm, bien qu’encore expérimentale, constitue un secteur de recherche particulièrement actif et dynamique. L’année dernière, le prestigieux prix Lemelson-MIT qui récompense les inventions les plus innovantes de l’année, était d’ailleurs remis à James McLurkin (http://zdnet.com.com/2100-1103-986190.html, un doctorant de 30 ans, considéré comme l’inventeur des essaims de robots, et ancien élève de Rodney Brooks…

Et la technologie semble avoir un bel avenir : “Les applications potentielle de la recherche portant sur le Swarm sont prodigieuses : exploration et cartographie en terrain hostile ou inconnu, analyse d’un terrain miné, détection d’une menace nucléaire, biologique ou chimique, ou simple surveillance…”, expliquent les créateur d’iRobot. En dehors de ces applications ciblées, la robotique en essaim permet plus généralement “d’explorer de nouvelles voies en matière d’auto-organisation, d’auto-assemblage, ou de transformation de systèmes robotisés autonomes”, comme l’expliquent les responsables du projet Swarm-Bots.

… aux robots-constructeurs…

Mais si l’intérêt de nuées de robots de petite taille communiquant entre eux est certain, la recherche portant sur les échanges entre machines mobiles ne se limitent pas aux Swarm. Qu’il s’agisse de robots de service ou de robots de compagnie, faire communiquer entre eux des robots de grande taille est également une voie d’avenir.

C’est particulièrement le cas pour des missions d’exploration en profondeur de planètes lointaines, dès qu’il ne s’agit plus de la simple observation de surface.

En 2001, la NASA avait fait la démonstration de deux rovers capables de se coordonner pour soulever ensemble une charge importante qu’aucun des deux ne pouvait soulever seul (http://www.trnmag.com/…/Cooperative_robots_share_the_load_021302.html. Contrairement aux essaims, il ne s’agit pas ici de faire communiquer un nombre important de machines, mais de permettre à quelques robots de dialoguer en temps réel pour mener à bien conjointement des tâches précises.

Là aussi, c’est une voie de recherche à part entière, qui ouvre des perspectives étonnantes. Le projet Trestle de l’université Carnegie Mellon, financé par la National Science Foundation et par la NASA, vise à élaborer un “mode d’assemblage autonome basé sur des équipes de robots coordonnés entre eux” (http://www.frc.ri.cmu.edu/projects/trestle/index.html. En somme, il s’agit d’imaginer des robots capables de travailler ensemble, pour construire des stations spatiales sur d’autres planètes et, pourquoi pas, d’autres robots…

D’une façon plus générale, la coordination des rovers d’exploration fait l’objet de recherches approfondies, notamment à la NASA, au sein du laboratoire JPL (Jet Propulsion Laboratory, http://robotics.jpl.nasa.gov/groups/rv/, et inclut des machines pouvant mener des fouilles à plusieurs, ou capables de s’aider mutuellement à franchir des obstacles. On retrouve d’ailleurs une problématique traitée dans les essaims, mais ce sont bien des voies de recherche distinctes : les robots Swarm sont par principe très petits et surtout interchangeables, tandis que les rovers ou robots de construction sont plus imposants, et chacun destinés à des tâches précises.

Qu’il s’agisse de robots Swarm en grand nombre (évoluant au sol, dans les airs ou sous l’eau), ou de quelques unités de taille plus importante, l’avenir de la conquête spatiale passe donc sans doute par la mise en réseau de ces machines autonomes.

… en passant par les robots de compagnie

Bien qu’il s’agisse d’une problématique différente, on peut arguer que le fonctionnement en réseau est également l’avenir des robots personnels.

Par biens des aspects, la robotique est en pleine mutation. En devenant “personnels” et en sortant des usines, les robots changent de nature et de fonctions. Plusieurs études anticipent l’émergence d’un nouveau marché très prometteur, et l’arrivée massive de ces machines pas comme les autres, pour des usages de services (tondeuses à gazon autonome, aspirateurs, robots de surveillance) ou de divertissement (jouets ou compagnons robotisés).

Parfois appelés “robots de nouvelle génération”, ceux-ci se caractérisent par leur autonomie, leur mobilité et leur capacité à s’intégrer à un environnement humain. Même s’il est dévolu à des tâches précises, un robot personnel devra souvent être capable d’une forme d’interaction sociale. Si l’on admet que des robots mobiles et autonomes se répandent en grand nombre, notamment dans les foyers, la question de leur mise en réseau, ou plus généralement des moyens qu’ils utilisent pour communiquer entre eux ou avec des humains, prend donc tout son sens.

En mars dernier, plusieurs constructeurs japonais ont d’ailleurs effectué une démonstration impliquant des robots de nature très différente : le droïde de Fujitsu (Maron-1), l’assistant humanoïde ménager de Mitsubishi (Wakamaru) et les deux robots vedettes de Sony (Aibo et le petit humanoïde Qrio), capables de synchroniser leurs mouvements. Les robots, bien que reposant sur des technologies distinctes, communiquaient en réseau selon un protocole unique (http://www.reuters.com/newsArticle.jhtml?type=technologyNews&storyID=4642543.

Bien que symbolique, cette démonstration marque peut-être une étape dans le décollage du marché de la robotique personnelle. Mais si l’on perçoit les perspectives en matière de machines mobiles et autonomes capables de communiquer avec leurs pairs, nous sommes encore loin de savoir faire communiquer entre eux des robots domestiques différents. La robotique personnelle est un marché très nouveau, qui repose sur des technologies émergentes, toutes propriétaires. Il n’existe pas encore de standard, ni pour les systèmes d’exploitation contrôlant le fonctionnement des robots, ni pour la manière dont ils pourraient communiquer entre eux.

Comme il y a une vingtaine d’années, on peut craindre qu’il ne soit pas plus aisé de faire dialoguer un robot-chien japonais avec un humanoïde canadien, qu’il ne l’était jadis de connecter un Mac et un PC.

Du reste, la problématique est complexe. Même si ces robots ne sont au fond que des ordinateurs mobiles, ils sont également pourvus de facultés qui les distinguent de simples machines de bureau. Via de multiples capteurs, des caméras et des logiciels d’intelligence artificielle, les robots perçoivent leur environnement, et leur mise en réseau est plus complexe qu’une simple connexion de PC à PC.

Mais on peut imaginer que l’industrie de ce marché naissant cherchera rapidement à imposer des normes et des standards, comme le préfigure peut-être la démonstration nippo-japonaise du mois dernier. Qu’il s’agisse de nouveaux entrants ou d’acteurs importants de l’industrie informatique, on cherche déjà à imposer solutions, plates-formes et standards. Ainsi, dans son premier communiqué de presse en 2002, la start-up Evolution Robotics (http://www.evolution.com) définissait sa plate-forme logicielle comme “un standard pour l’industrie de la robotique personnelle”. Intel se présente pour sa part comme “le leader de la robotique mobile”, et décrit dans un article récent comment les robots mobiles peuvent servir de “passerelles pour les réseaux de capteurs sans fil” (http://www.intel.com/update/contents/it05031.htm. Le géant de l’électronique n’entend pas participer à la fabrication des robots, mais fournir les éléments logiciels et les composants nécessaires à la robotique mobile, sous la forme de “briques standardisées”. On l’imagine, la technologie sans fil Centrino joue un rôle clé dans cette stratégie, qui vise à imposer la plate-forme Intel comme un standard de fait. “Les technologies robotiques mobiles et sans fil constituent un nouveau défi pour Intel. Nous espérons que la combinaison de ces deux mondes – la robotique mobile et les réseaux sans fil – puisse être efficace, par exemple en matière d’environnements informatiques pervasifs”, lit-on.

Mais si le fait que les robots mobiles et autonomes soient un jour capables de communiquer entre eux est une certitude, reste à savoir de quelle manière ils le feront. Les robots dialogueront-ils entre eux de façon invisible et inintelligible pour des humains, ou bien ou contraire, comble de l’anthropomorphisation des machines, verrons-nous un jour des robots discuter entre eux en langage naturel, comme le préfigurent certains travaux menés au laboratoire Sony de Paris (http://www.csl.sony.fr) ?

Cyril Fiévet

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