robotique - informatique.

robotique - informatique. 1 PRÉSENTATION robotique, science et technique de la conception et de la construction des robots. 2 HISTORIQUE La robotique est issue des travaux effectués sur les automates, ancêtres des robots (voir automatisation). Parmi les premiers constructeurs d'automates, on peut citer Léonard de Vinci ou encore le mécanicien français Jacques de Vaucanson, dont les tentatives de reproduction des fonctions vitales des êtres humains (circulation, respiration et digestion) au moyen d'automates -- notamment le Joueur de flûte traversière (1737) ou le Canard digérateur (1738) -- font sensation au XVIIIe siècle. Au XIXe siècle apparaissent les premières machines-outils, qui par leurs fonctions peuvent être considérées comme les précurseurs des robots. Le terme « robot « est introduit en 1920 par l'écrivain tchèque Karel ?apek dans sa pièce de théâtre RUR (Rossum's Universal Robots). Ce terme, provenant du tchèque robota, « travail forcé «, désigne à l'origine une machine androïde capable de remplacer l'homme dans toutes ses tâches. Dans les années 1940 et 1950, les progrès de l'électronique permettent de miniaturiser les circuits électriques (inventions du transistor et du circuit intégré), ouvrant ainsi de nouvelles voies à la fabrication de robots. Dans les premiers temps de la robotique, le robot est considéré comme une imitation de l'homme, aussi bien fonctionnelle que physique. Aujourd'hui, les constructeurs ne tentent plus de reproduire l'aspect humain sur un robot, privilégiant avant tout sa fonctionnalité. Les robots sont actuellement très répandus dans l'industrie, en particulier en construction automobile et chez la plupart des fabricants d'ordinateurs. Capables d'effectuer rapidement des travaux répétitifs, ils sont notamment utilisés dans les chaînes de fabrication et de montage. On les emploie également dans des environnements difficilement supportables par l'homme (conditions extrêmes de température ou de pression, radioactivité élevée, etc.). L'industrie du nucléaire a ainsi largement contribué au développement de la robotique (notamment dans la conception de bras télémanipulateurs). 3 STRUCTURE D'UN ROBOT Un robot est un dispositif susceptible d'accomplir une ou plusieurs fonctions. Il se compose de sept parties principales : le socle muni d'un ou de plusieurs bras articulés, équipés de systèmes de préhension (pinces, ventouses, etc.), la source d'énergie, les actionneurs, les systèmes de transmission, les capteurs internes, les capteurs externes (de position, de température, etc.), et le système de traitement de l'information. L'énergie peut être utilisée sous forme pneumatique, hydraulique ou électrique, cette dernière étant préférée par les utilisateurs et les constructeurs de robots déplaçant des charges inférieures à 1 000 kg. Les actionneurs sont des dispositifs capables de modifier le fonctionnement du robot, en gérant les transferts d'énergie à partir des signaux émis par le système d'automatisation. Ils se présentent généralement sous la forme de systèmes d'asservissement ( voir servomécanisme). Les capteurs internes et externes permettent de mesurer des grandeurs mécaniques, thermiques, électriques ou chimiques (température, position, concentration chimique, etc.). Les valeurs ainsi mesurées sont converties en signal électrique, et transmises à un autre dispositif -- électronique -- pouvant lire, enregistrer ou contrôler les grandeurs mesurées. 4 TYPES DE ROBOTS On peut classer les robots en quatre catégories, par ordre de complexité croissante. Les robots les plus simples et les plus courants se contentent de répéter les opérations inscrites dans leurs programmes. Les robots appartenant au deuxième type sont capables de reproduire certains mouvements humains enregistrés sur bande magnétique, tandis que les robots de troisième génération sont des dispositifs à commande numérique, dont les mouvements sont enregistrés sur une unité de stockage et qui peuvent accomplir plusieurs opérations d'usinage différentes. Enfin, les robots évolués -- les plus complexes --, faisant appel à des capteurs d'environnement et aux techniques d'intelligence artificielle, sont dotés d'une grande capacité de traitement de l'information. Certains d'entre eux peuvent ainsi reconnaître la forme d'objets sur un écran de télévision, ou encore réagir à des paroles employant un vocabulaire spécifique ( voir reconnaissance vocale). 5 FONCTIONNEMENT DES ROBOTS ÉVOLUÉS On peut définir un robot évolué comme une machine agissant physiquement sur son environnement en vue d'atteindre un but qui lui a été fixé. Cette machine doit être capable de percevoir son environnement et le cas échéant de s'adapter à certaines variations de celui-ci (capacité d'autonomie). Par exemple, si le but du robot est de se déplacer d'un point à un autre dans une pièce, il doit être capable de contourner les obstacles qui y sont présents. Il lui faut donc assurer des fonctions de perception, de décision et d'action. Pour ce faire, un robot est un mélange de mécanique (bras articulé, système hydraulique, système de déplacement...), d'électronique (capteurs en tout genre, caméras...), d'informatique (micro-ordinateurs, microprocesseurs) et de logiciels. Les robots les plus anciens contiennent beaucoup de mécanique et d'électronique et peu d'informatique et de logiciels. La part de l'informatique tend à augmenter car c'est elle qui influe sur les capacités de perception et de décision. Ainsi, le coeur du robot peut être vu comme une boucle perception-décision-action. 5.1 Perception La perception repose sur un ensemble de capteurs plus ou moins sophistiqués. Les robots sont de plus en plus équipés de caméras CCD, qui font office d'interfaces visuelles. Ces capteurs fournissent un ensemble de mesures de bas niveau que le robot va devoir être capable d'interpréter à plus haut niveau pour préparer la prise de décision. L'interprétation est très complexe et met en jeu des outils mathématiques et informatiques de haut niveau (c'est le cas par exemple de la vision par ordinateur). La qualité de perception détermine ainsi les possibilités d'évolution d'un robot. 5.2 Décision Le processus de décision d'un robot prend en compte d'une part, le but qu'il doit atteindre et d'autre part, la perception de son environnement. Cette tâche est directement dépendante de la qualité de la perception. Les modèles de décision peuvent être très complexes et sont fondés sur des outils mathématiques et informatiques très évolués, souvent issus de l'intelligence artificielle. La difficulté majeure de cette opération vient du nombre de l'ensemble des décisions possibles qui peut être très grand et empêche une énumération complète. La prise de décision s'appuie ainsi sur des heuristiques, qui permettent de déterminer les choix les plus efficaces en fonction de l'objectif visé. 5.3 Action L'action consiste à mettre en application la décision prise. Cela peut être très simple ou complexe en fonction du domaine considéré. Cette fonction reste très liée à la mécanique et à l'électronique, et beaucoup moins à l'informatique. 6 INTERACTION DES ROBOTS ET ROBOTIQUE ÉVOLUTIONNISTE De plus en plus, les roboticiens cherchent à concevoir des robots doués de capacités d'interaction. Cette interaction peut se faire avec son environnement physique (perception par le robot et réaction/adaptation), mais aussi avec des humains (robot qui perçoit des intentions humaines, comme par exemple le fait qu'une personne va s'approcher de lui déclenchera les salutations du robot), voire avec d'autres robots (plusieurs robots peuvent coopérer pour accomplir une tâche ou au contraire être en compétition). Ces capacités d'interaction constituent les fonctions les plus complexes d'un robot, car elles nécessitent de fortes capacités de perception (anticipation de mouvements, reconnaissance d'expressions sur un visage ou plus généralement d'attitudes du corps humain), ainsi que de décision (il faut pouvoir modéliser à la fois le robot, son environnement et les évolutions possibles de chacun d'entre eux). Parmi les nombreux travaux entrepris dans ces domaines de l'interaction, un axe de recherche majeur se dégage : celui de la sociologie de ce que l'on appelle les « communautés de robots « -- groupes de robots que l'on va laisser interagir sur des grandes échelles de temps (plusieurs jours ou semaines) entre eux et/ou avec des humains. Cette discipline émergente, baptisée robotique évolutionniste, qui tente d'appliquer aux robots les principes d'évolution et de sélection naturelle de Charles Darwin, pose notamment des questions sur la nature même de l'intelligence (voir sciences cognitives) et ouvre la voie à des applications révolutionnaires -- principalement dans le secteur des jeux vidéo pour la création de personnages secondaires qui mèneraient une vie autonome. 7 ROBOTIQUE INDUSTRIELLE Le marché de la robotique est aujourd'hui encore dominé par les robots industriels, qui sont souvent très simples. Selon la Commission économique des Nations unies pour l'Europe (CEE-ONU) et la Fédération internationale de robotique (IFR), il y a, en ce début de XXIe siècle, plus de 800 000 robots industriels dans le monde, dont près de la moitié est détenue par le Japon. Le reste du parc mondial de robots industriels se répartit principalement entre les États-Unis (100 000), l'Allemagne (100 000), l'Italie (45 000), la république de Corée (40 000), la France (25 000) et le Royaume-Uni (15 000). L'évolution est globalement à la hausse -- majoritairement aux États-Unis et en Europe. La répartition est également différente selon le secteur industriel -- les industries automobile et chimique étant les principales utilisatrices de robots. En moyenne au Japon, il y a 270 robots pour 10 000 salariés du secteur industriel (contre 130 en Allemagne, 120 en république de Corée, 60 en France, 50 aux États-Unis). Dans le secteur automobile japonais, on compte 1 robot pour 6 salariés. Une évolution est attendue dans le monde des services (robot-aspirateur ou robot-tondeuse), mais elle tarde à se confirmer. 8 ROBOTIQUE DES SERVICES Le mythe des robots repose sur l'imagerie du robot androïde, à forme humaine ou capable d'accomplir des tâches spécifiquement humaines. La robotique industrielle couvre très partiellement ce mythe. En revanche, le monde des services en est beaucoup plus proche. De fait, on commence à trouver des robots dans des domaines comme le nettoyage (robot-aspirateur, robot-tondeuse à gazon comme l'Automover d'Husqvarna), l'accueil (robot Asimo de Honda -- robot humanoïde qui marche, monte et descend des escaliers ; il peut saluer des personnes et accomplir des actions comme aller à un point désigné par le signe d'un humain ; il reconnaît également des visages et un jeu limité de phrases), ou encore la gestion de la maison -- ou domotique -- (robot PaPeRo de Nec). Le domaine des jouets n'est pas en reste, avec notamment le plus célèbre des chiens-robots : Aibo, développé par la firme japonaise Sony. Ce chien-robot, équipé de nombreux capteurs sensoriels, est capable de réagir à des sollicitations et semble ainsi doué « d'émotions «. Une autre caractéristique humaine importante est la marche. Beaucoup de travaux ont été réalisés pour essayer de doter les robots de démarches semblables à celles des hommes, pouvant ainsi lui permettre de se déplacer, de descendre et monter des escaliers, et pourquoi pas de courir. Le secteur de la santé commence aussi à être touché, avec des robots manipulateurs utilisés en microchirurgie pour assister le praticien (par exemple pour placer des appareillages de manière très précise en chirurgie du cerveau). Le chirurgien conserve la prise de décision et utilise le robot pour accroître sa capacité de perception, augmentant ainsi la précision de l'acte chirurgical. La robotique n'a pas fini d'envahir notre monde. Les progrès constants des robots sont dus notamment à l'évolution technologique rapide de leurs différents composants. Les progrès les plus lents sont ceux liés à l'énergie (l'autonomie énergétique reste faible), ainsi qu'aux logiciels. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.