L'informatique et l'opensource au service de la robotique collaborative

Ludwine Probst : Bonjour à toutes et à tous, je suis Ludwine et vous écoutez le podcast de Human Coders. Aujourd’hui, je suis avec Yoan Mollard, qui est ingénieur en informatique et robotique, pour parler, vous vous en doutez, de robotique. Dans cet épisode, on est parti du commencement, à savoir : qu'est-ce qu'un robot ? On a aussi parlé de robotique collaborative et de ROS, qui est une boîte à outils pour se lancer et programmer ses premiers robots. Enfin, Yoan nous a parlé de la compétition RoboCup qui se tiendra en France, à Bordeaux. Alors peut-être que le nom ne vous dit rien, mais vous avez peut-être vu des images de robots jouant au football ? Eh bien, c'est l'un des nombreux challenges qui se disputent lors de cette compétition. Très bonne écoute.

Alors, première question : est-ce que tu pourrais te présenter, s'il te plaît ?

Yoan Mollard : Oui. Alors, je suis ingénieur en informatique, consultant. Je m'intéresse à l'art numérique et à l'IoT. Je travaille notamment avec des robots. Je suis ingénieur de recherche à Bordeaux INP, un groupement d'écoles d'ingénieurs à Bordeaux, pour lequel je fais de la conception et de la maintenance de cellules robotiques, la préparation du parc robotique pour les TP d'enseignement et de l'enseignement en robotique dans le supérieur.

Qu'est-ce qu'un robot ?

Ludwine Probst : Super. Et du coup, ça tombe bien puisqu'on va parler de robots. Je ne connais pas du tout le sujet. Pour moi, un robot, ça a une tête, des jambes, des bras... Est-ce que tu peux me dire vraiment ce qu'est un robot ?

Yoan Mollard : Un robot, de manière générale, pour qu'on parte sur la même définition, c'est une machine qui a un ensemble de capteurs, un ensemble d'actionneurs et des programmes. Les capteurs sont là pour percevoir l'environnement, ce sont les entrées du système. Ce sont, par exemple, des caméras ou des Lidars (des radars qui donnent au robot une notion de profondeur).

Les actionneurs, eux, vont agir sur l'environnement, ce sont eux qui vont modifier l'état de l'environnement. Un actionneur, c'est par exemple un moteur, un vérin, mais aussi de la lumière ou du son.

Et puis, pour faire le lien entre les capteurs et les actionneurs, on a des programmes informatiques. On peut les classer en plusieurs niveaux. Ce n'est pas un programme unique sur une machine ; généralement, il y a des programmes bas niveau (niveau microcontrôleur pour les asservissements) et des programmes plus haut niveau qui vont décrire le cycle ou le comportement du robot. Quand on associe ces trois éléments — capteur, actionneur, programme — on peut considérer qu'on a un robot. Ce qui permet, avec cette définition, d'inclure des machines de notre quotidien comme une machine à laver ou un avion.

Ludwine Probst : D'accord. C’est vrai que dans l'imaginaire, quand on dit "robot", on pense naïvement à des petits robots qu'on voit dans les films avec une tête, des bras et des jambes.

Yoan Mollard : Au niveau de la forme, ça dépend un peu de l'application ou du besoin. C'est le besoin qui va guider la forme de la machine. Il faut considérer qu'on a plusieurs domaines applicatifs. Dans l'industrie, on va avoir des bras robotisés qui font des tâches de "pick and place" (prendre un objet à un endroit et le déplacer à un autre). On a des robots terrestres de maintenance dans la logistique, ou encore le robot Colossus utilisé l'année dernière lors de l'incendie de Notre-Dame. On a des robots aériens, des drones, pour l'inspection ou des choix artistiques.

On a aussi des robots sociaux, plus ludiques, comme le robot Nao qui permet de faire de l'interaction sociale. C'est un robot humanoïde, on lui parle, il nous répond, c'est plutôt pour le divertissement. Enfin, on a des robots domestiques ou de service pour aider les personnes âgées, faire les tâches ménagères, etc. Plus il y a d'humain dans la boucle, plus on va avoir tendance à privilégier la forme humanoïde parce qu'on apprécie cette ressemblance.

La "Vallée de l'étrange"

Yoan Mollard : Il y a aussi un concept qui s'appelle "la vallée de l'étrange" (Uncanny Valley) en robotique. C'est un graphique qui représente la ressemblance avec l'humain en abscisse et la sympathie inspirée en ordonnée. À 0 % de ressemblance, la machine ne nous inspire pas vraiment de sympathie. On augmente doucement, par exemple avec une peluche qui commence à ressembler à quelque chose de vivant, la sympathie augmente. On arrive à un pic de sympathie, mais juste après, si on augmente encore plus la ressemblance, on tombe dans une "vallée" : la machine nous fait peur. Elle ressemble tellement à un humain (peau artificielle, etc.) sans l'être vraiment que cela nous paraît bizarre et effrayant. On évite donc souvent ce creux dans la conception des robots humanoïdes.

Ludwine Probst : C’est super intéressant. Effectivement, si j'étais face à un robot qui me ressemblait énormément, ça ne m'inspirerait pas confiance, ce serait troublant.

Yoan Mollard : On le voit beaucoup avec des chercheurs en Asie, car ils ont une culture du robot beaucoup plus forte qu'en Europe. Ils aiment être quasiment dans cette vallée de l'étrange. En Europe, on est plus pragmatiques, on va plus vers l'utilité de la machine.

La robotique collaborative ou cobotique

Ludwine Probst : Tu m'avais parlé de la robotique collaborative. Qu'est-ce que c'est ?

Yoan Mollard : C'est un principe de l'industrie 4.0. C'est la quatrième grande révolution industrielle. Notre société et notre industrie changent de valeurs. Il y a quatre grandes valeurs à cette nouvelle industrie :
1. L'éco-responsabilité : une industrie plus propre qui utilise moins de ressources.
2. Le numérique : à la fois comme moyen (systèmes SCADA pour superviser l'usine, détecter les anomalies) et comme besoin (les nouveaux opérateurs sont nés avec le numérique et attendent de retrouver ces outils au travail).
3. Le service à l'usager : on sort de la production de masse pour aller vers la personnalisation. On suit le produit tout au long de sa vie jusqu'au recyclage.
4. La place de l'humain : c'est peut-être l'élément le plus important. On sort d'une logique de pure performance pour soulager l'humain et veiller à sa santé. On pense les processus industriels avec l'humain au centre.

La cobotique (robotique collaborative) est un outil en ce sens. C'est un robot qui collabore avec l'être humain. Habituellement, on sépare le monde des robots et celui des humains par des grilles de sécurité car les robots industriels sont gros, puissants et rapides. Avec la cobotique, on mélange les deux mondes, ils partagent le même environnement. Cela impose d'amplifier l'usage des capteurs pour que la machine comprenne son environnement et s'y adapte. Si je l'interromps, elle doit s'arrêter ou contourner l'obstacle.

Ludwine Probst : Est-ce que tu as des exemples concrets ?

Yoan Mollard : Une tâche de rivetage dans l'assemblage de portes d'avion. On utilise une riveteuse qui compresse un rivet. Il faut appuyer d'un côté et frapper de l'autre. Habituellement, ce sont deux humains. L'un des deux doit encaisser la force toute la journée, ce qui est physiquement très difficile. Avec la cobotique, on garde un humain pour riveter, mais de l'autre côté, c'est une machine qui encaisse les coups. La machine se déplace et adapte sa pression en fonction de l'endroit où l'opérateur travaille. C'est une tâche très collaborative.

Les outils pour débuter : ROS et la simulation

Ludwine Probst : Si je suis intéressée par le sujet, est-ce qu'il y a des ressources que tu peux conseiller ?

Yoan Mollard : Aujourd'hui, on converge vers un outil qui s'appelle ROS (Robot Operating System). Ce n'est pas un système d'exploitation comme Linux ou Windows, mais plutôt un middleware, une boîte à outils pour concevoir des cellules robotiques. On y trouve plein d'algorithmes : évitement d'obstacles, fusion de données (quand un GPS et l'odométrie disent des choses contradictoires), machine learning, langage naturel, etc.

Ludwine Probst : Donc si j'ai envie de me lancer demain ?

Yoan Mollard : Je conseillerais cet outil car il est documenté et open source. On peut créer ses propres robots en physique ou en simulation. On utilise principalement le Python et le C++. On a plein de processus qui communiquent entre eux en parallèle (un pour le moteur, un pour la sécurité, un pour la vision, etc.).

Ludwine Probst : Et au niveau de la sécurité informatique ?

Yoan Mollard : On distingue la sûreté (la machine ne doit pas endommager son environnement, ne pas faire de mal aux opérateurs) et la sécurité (empêcher l'environnement d'endommager la machine, comme les piratages). C'est un domaine parfois négligé mais crucial. On se souvient de Stuxnet qui visait des centrales iraniennes en piratant des automates industriels pour saboter la production. Plus l'informatique prend de place dans les machines, plus l'infosec devient importante.

Ludwine Probst : Est-ce qu'il y a des programmes simples pour débuter ?

Yoan Mollard : Si on commence sans matériel, on peut tout faire en simulation. Il y a un outil qui s'appelle The Construct, une boîte à outils entièrement simulée basée sur ROS. On peut simuler un rover martien par exemple. Si on veut du matériel, il existe des robots éducatifs comme le robot Poppy, qui est open source. Il existe en version bras ou en version humanoïde. Le défi avec l'humanoïde est de le faire tenir debout sans tricher sur la taille de ses pieds ou son centre de gravité.

Les frontières de la recherche

Ludwine Probst : Où en est-on aujourd'hui ? Quelles sont les limites actuelles ?

Yoan Mollard : La recherche ne s'arrête jamais. On travaille sur la dimension homme-robot (communiquer efficacement avec une machine), la navigation autonome, la sémantique (que la machine comprenne à quoi sert une poignée de porte via le machine learning). Il y a aussi de la recherche sur l'asservissement : percevoir la résistance d'un matériau quand on scie un objet pour adapter la force du moteur.

Ludwine Probst : Est-ce qu'un robot est capable d'analyser des émotions humaines ?

Yoan Mollard : Oui, il y a des travaux là-dessus. On repère les caractéristiques du visage pour savoir si quelqu'un est joyeux ou triste. C'est implémenté sur certains robots sociaux.

La RoboCup

Ludwine Probst : Le dernier sujet que je voulais aborder, c'était la RoboCup.

Yoan Mollard : C'est la plus grande compétition mondiale de robotique et d'intelligence artificielle. Elle a lieu une fois par an dans un pays différent. En 2021, elle se tiendra à Bordeaux. L'idée est de faire progresser la recherche. Il y a plusieurs ligues : football, robotique domestique, logistique, et même une ligue junior.

Dans la ligue football, les robots s'affrontent. On nous demande souvent à quoi ça sert. En fait, c'est extrêmement difficile : il faut identifier ses coéquipiers, les adversaires, la balle, le but, tout en marchant sur une pelouse synthétique (sol instable) et en étant capable de shooter dans le ballon.

Ludwine Probst : Est-ce qu'on peut être spectateur ?

Yoan Mollard : C'est complètement ouvert au public. Il y a des événements, des animations pour vulgariser la robotique et faire de la médiation scientifique. On peut observer et parfois manipuler.

Ludwine Probst : Pour conclure, est-ce qu'il y a un dernier message que tu aimerais faire passer ?

Yoan Mollard : Pour les développeurs, la robotique s'informatise énormément et nécessite de plus en plus de ressources informatiques. C'est un domaine passionnant car on sort du logiciel pur pour avoir une interaction physique avec des machines. C’est un super outil pour l'éducation aux sciences du numérique.

Ludwine Probst : Super. Eh bien, merci beaucoup Yoan.

Yoan Mollard : Merci beaucoup à toi et à vous tous de nous avoir écoutés.

Ludwine Probst : Un grand merci à Yoan qui nous a partagé sa passion pour la robotique dans cet épisode. Vous pouvez retrouver toutes les ressources citées sur le blog de Human Coders. Si vous avez aimé cet épisode, je vous invite à le partager et à le liker sur les différentes plateformes de diffusion. À très bientôt !