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Les mécanismes des robots

Qu'est-ce qu'un robot ?

Les robots sont aujourd'hui partout autour de nous, ils ont une importance scientifique, sociétale, industrielle grandissante. Ils sont dans les champs, dans les usines, dans l'espace, au fond des mers, dans les jardins et même dans les salons.

Un certain nombre de personnes pensent qu'au XXIe siècle, ils seront un peu l'équivalent de la voiture au XXe siècle. Ils n'ont pas simplement pénétré l'industrie, mais ils sont aussi en train de participer à la transformation de notre culture et même parfois, à la manière dont nous nous comprenons nous-mêmes, d'une manière renouvelée.

  • Alors qu'est-ce que c'est qu'un robot ? Un robot c'est d'abord, c'est une machine physique qui est dotée d'un certain nombre de moteurs pour produire des actions, pour produire des mouvements. Egalement dotée de capteurs, on peut les appeler aussi des senseurs, qui lui permettent de percevoir des choses dans son environnement, par exemple une caméra pour percevoir des images, des micros pour percevoir des sons, des capteurs de force pour percevoir par exemple quand il touche un obstacle ou qu'on les bouscule, des capteurs infrarouges pour parfois voir des choses que les humains ne sont pas capables de voir à la différence de certains animaux.
  • Ce qui est très important dans la définition d'un robot, c'est que les informations qui sont captées par ces capteurs sur l'environnement, elles sont utilisées pour décider quels sont les mouvements, quelles sont les actions qui vont être produites par les robots. Donc il y a une interaction en permanence entre la perception et l'action, et c'est ça qui définit les robots.
  • C'est aussi ça qui les opposent aux automates, par exemple aux automates de Jaquet-Droz ou de Vaucanson au XVIIIe siècle, qui étaient des machines extraordinaires, mais néanmoins dont l'action ne dépendait pas de ce qui se passait autour d'eux, ils faisaient toujours la même chose, quels que soient les événements qui se passaient autour d'eux. Un robot, ça ne fonctionne pas comme ça, un robot agit en fonction de ce qui se passe dans son environnement.
  • Alors en pratique, cette définition des robots, elle recouvre une très grande diversité de formes de robots, cela peut être les robots qui correspondent à ce qu'on a dans l'imaginaire, des robots humanoïdes ou animaloïdes, mais finalement qui aujourd'hui sont plutôt seulement dans des laboratoires scientifiques. Mais ça concerne aussi beaucoup de robots qui sont dans notre quotidien, les avions qui sont aujourd'hui très largement robotisés, automatisés, les voitures quand elles sont en mode d'assistance à la conduite, par exemple des aspirateurs robotisés autonomes ou des machines, des tondeuses qui vont tondre de manière autonome les jardins, certains jouets aussi, certains robots ludiques qu'on trouve dans les magasins de jouets et qui sont de vrais robots avec des technologies d'ailleurs parfois très avancées.
  • Et cette diversité de formes, elle recouvre aussi une relativement grande diversité de fond, diversité de fonctionnement, diversité de mécanismes.

autonomie

  • On peut parler de quelques grandes dimensions qui permettent de différencier les mécanismes.
  • Une première dimension c'est l'autonomie. Il y a certains robots dont le comportement, qu'on va appeler autonome, parce que les actions sont prises pendant qu'il est en train de percevoir son environnement sans des instructions permanentes ou parfois juste partielles, qui viennent de l'humain. Par exemple un robot qui est dans une usine automobile et qui va assembler, parfois avec d'autres robots, des voitures, et bien ici, si l'humain n'intervient pas dans l'assemblage et les robots le font tout seuls, on va appeler ça un robot autonome.
  • Par contre, un robot dans une centrale nucléaire, qui va être télécommandé par un opérateur pour aller dans des pièces de confinement radioactives, ce robot-là n'est pas autonome.

Adaptation et apprentissage 

  • Une autre dimension qui différencie plusieurs familles de robots, c'est l'adaptation et l'apprentissage. Il y a certains robots dont le comportement est complètement figé à l'avance par un programme et, quelles que soient les expériences que le robot va faire dans son environnement, il se comportera toujours de la même manière.
  • Il y a par contre d'autres robots qui sont dotés d'autres familles de mécanismes qu'on appelle des algorithmes d'apprentissage, qui leur permettent de mettre à jour leurs modes et leurs stratégies d'action en fonction des événements qu'ils vont percevoir dans l'environnement, en fonction des essais et des erreurs qu'ils vont réaliser. Donc par exemple, on a des robots qui peuvent explorer un environnement et progressivement construire une carte de cet environnement qui va, par la suite leur permettre d'y naviguer de manière relativement efficace alors qu'au début ils n'en étaient pas capables. 
  • Certains mécanismes vont leur permettre d'apprendre à reconnaître des objets nouveaux qu'un humain va leur nommer, apprendre à reconnaître des actions des humains par exemple, ou apprendre par exemple à se déplacer en utilisant leurs jambes, apprendre la locomotion. On appelle ces mécanismes des algorithmes d'apprentissage qui permettent à ces machines de détecter des régularités dans les expériences qu'ils peuvent réaliser. Une expérience, c'est essayer une action et observer le résultat ainsi ils peuvent le répéter un certain nombre de fois. Et en repérant les régularités, ils peuvent comprendre comment prédire par exemple les effets de leurs actions. Ou quand il s'agit de trouver une solution, une stratégie de comportement, par exemple pour apprendre à marcher, eh bien il y a des stratégies par exemple d'essais-erreurs où avec des algorithmes qu'on appelle les algorithmes d'optimisation, ils vont progressivement raffiner les paramètres de ces stratégies pour améliorer l'efficacité de ces solutions.
  • Dans un certain nombre de cas, les solutions qui sont trouvées par ces machines peuvent être assez surprenantes ou n'étaient pas forcément bien prédites par l'ingénieur qui a conçu le robot ou l'algorithme d'apprentissage. Ce qui ne veut pas dire que ces robots vont inventer des choses complètement inimaginables, mais par exemple ça peut être une stratégie de locomotion, une manière d'utiliser son corps pour se déplacer qui peut paraître un petit peu saugrenue pour l'humain, mais qui au final, est très efficace. C'est le robot par essais-erreurs qui l'a trouvée. On peut aussi avoir des algorithmes d'apprentissage un peu plus sophistiqués qui vont pousser les machines à explorer un environnement et à rechercher volontairement, par exemple de la nouveauté ou de l'information afin d'augmenter leurs connaissances, et cela va permettre à ces machines de développer des répertoires de savoir-faire qui n'ont pas tous été programmés à l'avance.

Producteur : Inria

Auteur : Liliane Kahmsay / Florent Masseglia

en partenariat avec
Class'Code

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Publié le - Mis à jour le 29-07-2019

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