Apprendre aux robots à toucher et à interagir comme les humains

Les robots sont largement utilisés dans l’industrie automobile et ont commencé à pénétrer de nouveaux domaines d’application tels que la logistique ces dernières années. Cependant, les robots actuels sont encore confrontés à de nombreuses limites. Ils effectuent généralement une seule action ou une séquence fixe d’actions, en les répétant de la même manière à chaque fois.

Pour atteindre une plus grande efficacité et ouvrir de nouvelles possibilités, les robots doivent développer des compétences plus humaines, telles qu'une interaction physique rapide, une compréhension spatiale et une adaptation rapide aux changements. L'Université de technologie d'Eindhoven s'est entretenue avec Alessandro Saccon, professeur agrégé en contrôle non linéaire et robotique au département de génie mécanique de la TU/e. Il a récemment terminé le projet I.AM qui se concentre explicitement sur l'avancement des interactions physiques rapides.

Pourquoi les robots conscients des impacts sont-ils si importants pour l’humanité ?

Certains métiers ne sont pas particulièrement adaptés aux humains du point de vue de la sécurité ou de l'ergonomie. Par exemple, lorsque vous manipulez des bagages de 20 kilogrammes dans les aéroports, travaillez dans des zones dangereuses d'une centrale nucléaire ou faites face à des scénarios de catastrophe, vous préférerez peut-être une machine. Il existe également divers projets visant à les envoyer dans l’espace pour l’exploration de la planète.

Cependant, les robots interagissent encore de manière statique avec les environnements par rapport à nous : l’exécution de certaines tâches clés n’est pas encore possible ou l’exécution est trop lente. C'est pourquoi, dans notre projet, nous avons cherché à développer des robots sensibles aux impacts. Cela signifie qu’un robot doit apprendre à prédire et à réagir à ce qui se passe lorsqu’il entre en contact rapide avec des objets lourds dans l’environnement.

Qu’est-ce qui différencie ces robots des robots traditionnels que nous connaissons depuis toujours ?

Les robots typiques ne sont pas conçus pour interagir de manière dynamique avec leur environnement ; un contact rapide avec l'environnement est généralement évité à tout prix. Il existe un très grand nombre d’articles scientifiques dans la littérature sur la robotique axés sur l’évitement des collisions.

Dans le projet I.AM, nous avons plutôt ciblé l’exploitation des collisions. Nous avons étudié comment les robots pouvaient par exemple ramasser rapidement des objets lourds tout en garantissant que l'exécution de ce type de mouvement reste fiable, malgré les perturbations et les imprécisions de perception. Un objet peut être plus lourd que prévu par le robot, ou il suppose qu'un objet se trouve à un certain endroit, mais il est légèrement décalé, peut-être même de quelques centimètres. Comment rendre ces mouvements robustes malgré de telles incertitudes ? C'est l'une des choses sur lesquelles nous avons effectué des recherches approfondies.

Concrètement, quelles sont les principales activités impliquées dans votre projet ?

Le projet a utilisé des calculs physiques de premier principe, utilisant des concepts de base tels que la masse et le frottement, ainsi que des simulations logicielles pour identifier les écarts entre les modèles mathématiques et les événements du monde réel. Bien que les simulations ne puissent jamais reproduire parfaitement le comportement des robots, nous avons amélioré et surtout compris comment continuer à utiliser ces algorithmes pour contrôler les robots.

Nous y sommes parvenus en prenant des mesures en temps réel de robots interagissant avec divers objets dans différents scénarios. Il s'agit d'un cycle itératif dans lequel vous développez et implémentez un algorithme théorique de contrôle de robot dans une simulation, évaluez les résultats et comparez-les avec les résultats du monde réel.

Pouvez-vous souligner quelques conclusions clés de ce projet ?

Nous avons découvert comment faire en sorte qu'un robot saisisse de manière fiable et rapide un objet lourd avec deux bras, en développant un nouvel algorithme de contrôle qui respecte la dynamique naturelle d'impact. Nous avons également compris comment utiliser des simulations logicielles pour obtenir des prédictions pouvant être utilisées à cette fin ou pour d’autres tâches d’impact.

En travaillant sur ce projet, j'ai également apprécié à quel point les mouvements complexes et la perception spatiale sont si naturels pour nous, les humains. Nous, chercheurs universitaires, travaillons désormais très dur sur le développement de matériel, la perception spatiale et la planification, en particulier sur la capacité de comprendre l'environnement en temps réel et de décider rapidement quoi faire ensuite, même en cas d'échec. C’est l’un des grands défis de la robotique moderne. Ces actions sont naturelles et intuitives pour nous, mais nous ne comprenons pas vraiment comment nous les faisons ni comment nous devrions construire une machine avec des capacités similaires.

Y avait-il également des entreprises impliquées dans ce projet ?

Oui, par exemple, l'un de nos partenaires était VanderLande, spécialiste de l'automatisation des processus logistiques. Il s'agit d'une grande entreprise néerlandaise bien connue qui opère dans le monde entier dans divers domaines, tels que les aéroports, l'entreposage et la gestion des colis. Ils ont fourni de nombreux cas d’utilisation réels et des informations sur les goulots d’étranglement actuels dans le domaine, les soi-disant difficultés du marché.

L'un des aspects les plus intéressants de cette collaboration était de disposer d'un laboratoire partagé sur le campus TU/e, ce qui a facilité les tests pratiques et une coopération étroite. Les étudiants et les chercheurs ont adoré. Nous avons effectué diverses comparaisons entre des expériences d'impact réelles et simulées par logiciel et développé de nouveaux modèles de pinces à succion à utiliser pour le contrôle et la planification des mouvements.

Diriez-vous que les Pays-Bas sont spécialisés dans la robotique ?

Les Pays-Bas dans leur ensemble font des progrès considérables en matière de robotique. Le pays est connu depuis longtemps pour sa contribution à la robotique médicale, à l’apprentissage des robots et à la robotique mobile, pour n’en citer que quelques-uns. J'aime penser que via ce projet et ses collaborations internationales, nous avons également fait des progrès significatifs dans le domaine de la robotique sensible à l'impact.

Ce domaine de recherche, dont on pourrait dire qu’il est né ici, a suscité une attention et une reconnaissance mondiales. Notre projet a joué un rôle clé en mettant le sujet au premier plan, et il est gratifiant de voir que notre travail a été bien accueilli et reconnu, y compris dans des publications récentes.

Le projet est terminé. À quoi ressemble l’avenir pour vous ?

Je continuerai à rechercher et à explorer de nouvelles opportunités, y compris des financements nationaux et européens. J'envisage des projets de suivi axés sur des domaines que nous n'avons pas pu aborder lors de celui-ci, comme la planification et la perception rapides. Je suis également toujours en contact étroit avec des entreprises locales et internationales pour explorer d'autres opportunités de collaboration. Parmi les nombreux étudiants impliqués dans le projet, certains ont été embauchés dans des entreprises partenaires du projet : les choses évoluent dans le bon sens. La visibilité générée par ce projet est à la fois stimulante et passionnante. Même si cela implique de jongler avec davantage de tâches, j'ai également hâte de voir ce que l'avenir nous réserve.