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Du côté des labos
par Christophe Jacquemin
Index des articles : du côté des labos
 
Un chercheur nommé Rodney Brooks

Sommes-nous capables de construire un "être" totalement artificiel ?
Pour Rodney Brooks, directeur du laboratoire d'intelligence artificielle du Massachusetts Institute of Technology (MIT), une véritable intelligence artificielle ne se résume pas à un simple "cerveau électronique" : on ne peut comprendre la cognition si on l'abstrait de l'organisme inséré dans une situation particulière avec une configuration particulière, c'est à dire dans des conditions écologiquement constituées. Le cerveau existe dans un corps, le corps existe dans le monde, et l'organisme bouge, agit, se reproduit, rêve, imagine... pour se développer, il lui faut des moyens de saisir l'information, des sens.
Ainsi, partisan de l'intelligence artificielle "située", Brooks affirme qu'on ne réussira à faire des robots vraiment autonomes que s'ils s'incarnent dans un contexte matériel, c'est-à-dire situés dans un monde sensible. Et il ne s'agit pas d'un monde défini par une liste de propriétés, comme on le fait habituellement dans les simulations informatiques :"Si on arrive à construire une machine que ne sait rien, a priori, de son environnement, mais qui est dotée d'une boucle sensori-motrice efficace, elle expérimentera et testera sa boucle de réaction/action, jusqu'à la rendre tellement robuste que, après de multiples générations, elle se débrouillera dans n'importe quel environnement".
En d'autres termes, pour Rodney Brooks, il est illusoire de doter une machine d'un "cerveau" ou tout serait déjà préprogrammé en fonction des tâches à effectuer dans un environnment donné. Il est beaucoup plus intelligent de donner à la machine la capacité d'apprendre à apprendre, par essais et erreurs : c'est de là qu'émergera toute son intelligence.

COG - photo Sam Ogden - http://www.ai.mit.edu/projects/cog
© Sam Ogden
" Les robots humanoïdes doivent s'apparenter au fonctionnement de l'homme, tant "mécanique" que "social". Et au fond, l'enjeu n'est ni plus ni moins que de comprendre parfaitement les mécanismes humains, qui demeurent les machines les plus complexes que nous ayons eu à examiner". (...) Je rêve de construire un robot équivalent à l'être humain, qui se débrouillerait comme nous dans le monde. Mieux que nous-même, pourquoi pas?" (Rodney Brooks).

Rodney Brooks a lancé, il y a une quinzaine d'années, une sorte de déclaration de guerre à l'intelligence artificielle "logique" (IA logique), qui vise à exprimer les activités humaines intelligentes simplement sous la forme de symboles mathématiques. Le chercheur s'est illustré dans les années 80 en construisant des robots ressemblant à des insectes. Rejetant l'idée d'un cerveau central, il a montré que des comportements intelligents peuvent émerger de la coopération de systèmes simples et indépendants. Ainsi, ces petits robots sont capables de se déplacer dans des environnements complexes, de repérer et de suivre des organismes vivants ou de les éviter, de se redresser par leurs propres moyens au cas où ils se renversaient au moment de franchir un obstacle. Leurs capteurs et leurs effecteurs, connectés les uns aux autres en modules et couches superposées, leur confèrent une grande souplesse d'adaptation et favorisent leur apprentissage à partir de leur environnement : "Ces mini-robots s'autoprogramment car ils vivent dans le monde. Ils sont situés".

Des comportements intelligents naissant de la coopération de systèmes simples et indépendants

Dès son arrivée au laboratoire d'intelligence artificielle du MIT, en 1985, Rodney Brooks constata le manque de performances des robots, devant faire travailler leurs microprocesseurs pendant des heures avant de pouvoir entreprendre le moindre mouvement. Les robots étaient en effet réalisés selon un schéma d'intelligence artificielle hérité des années cinquante, visant à singer le comportement humain. De ce fait, et préalablement à toute action, ce schéma impose que le robot effectue, dans l'ordre, les processus suivants: - traiter toutes les données recueillies par ses capteurs (données concernant son environnement,
- identifier les objets situés dans son champ de vision,
- bâtir alors une structure interne des données analysées (afin de pouvoir se représenter la scène dans son ensemble),
- réfléchir à cette structure pour en tirer le plan à accomplir pour un but donné,
- calculer au mieux une séquence bien définie de commandes vers les moteurs pour exécuter enfin le plan prévu.

Un système jugé bien trop lourd par Brooks, d'autant plus qu'il nécessite un arsenal de calculs informatiques. Pour lui, il n'est pas forcément utile de singer le comportement de l'homme pour effectuer des actions élaborées : pas besoin de doter le robot d'un processus de connaissance complexe. Il suffit, pour certaines actions, de l'organiser autour de comportements cohérents, comme "se promener", "explorer", "éviter les obstacles", chacun d'entre eux étant programmé comme un réflexe, un lien direct entre perception et action : si telles valeurs enregistrées par les capteurs surviennent, alors déclencher tel ensemble de commandes motorisées… Avantage : le dessin du circuit lié a chaque comportement est si simple qu'il peut être gravé directement sur le microprocesseur du robot, entraînant un temps de réponse extrêmement bref.

Brooks prouva la validité de ses conceptions en construisant, en 1987, un premier robot, Allen, doté de trois types de comportement, arrangés en pile sur trois niveaux. Le premier correspond à l'instruction "éviter les obstacles" : l'engin reste immobile au milieu d'une pièce mais se déplaçe si quiconque approche, évitant la collision en fonction des données fournies par son sonar. Le second consiste à "suivre les murs", ce que fait l'engin tout en respectant l'ordre "éviter les obstacles". Le troisième, "trouver les portes", lui permet de passer par toute ouverture rencontrée le long d'un mur, sans heurter les bords (toujours en raison du comportement "éviter les obstacles").
Ainsi, nul besoin d'un système de reconnaissance de la notion de porte pour être capable de sortir de n'importe quelle pièce sans jamais se cogner ! Un résultat qui éberlua les spécialistes, pétris dans leurs certitudes qu'une telle performance ne pouvait être atteinte sans que le robot traîne derrière lui un super-ordinateur gros comme une armoire.
Brooks n'en restera pas là : on lui doit la conception de petits robots, sorte d'insectes à pattes, capables d'actions "complexes". Le plus petit d'entre eux, conçu comme un essai de miniaturisation, imite le comportement des punaises, fuyant la lumière et recherchant automatiquement les coins les plus sombres. Et ceci avec seulement 1300 octets de code informatique dans le circuit de contrôle.

Le projet Cog du MIT, ou la quête du robot humanoïde

Démarré en 1993, le projet  Cog (pour Cognition) est des plus ambitieux. Il s'agit, ni plus ni moins, que de donner à un robot humanoïde la capacité de se représenter son monde par lui-même, sans être gavé de symboles mathématiques abstraits : en d'autres termes, créer une machine capable d'apprendre et d'évoluer à partir des informations présentes dans son environnement, et de s'autoprogrammer par le biais de ses interactions avec les humain. Pour le chercheur, "c'est de cette rencontre avec la vraie vie que naîtra l'intelligence au coeur de la machine"...

Si Cog ne peut marcher (c'est un "robot-tronc"), il est pourvu de fonctions d'une grande complexité, reproduisant une bonne partie des comportements humains. Doté de 21 degrés de liberté, d'une tête, d'un buste et de deux bras articulés terminés par des mains, il possède les principaux sens humains : vue, toucher, audition... (en fait, il n'est aujourd'hui qu'une somme de systèmes isolés, contrôlés par ordinateur).
Chacune des fonctions implémentées s'attache à reproduire avec le maximum de fidélité les fonctions humaines. Par exemple, chaque oeil est constitué de deux caméras (l'une pour la vision périphérique, l'autre pour la vision proche en haute résolution ), pouvant s'orienter selon deux axes, horizontal et vertical. L'ensemble de ces caméras, placées dans leurs "orbites" bougent ensemble, comme le feraient des yeux humains.

Ce que voit COG - photo : http://www.
Ce que voit Cog, lorsqu'il regarde un humain

De la même façon, Cog possède un dispositif d'équilibrage sophistiqué, calculant à tout moment l'orientation des bras ou de la tête, mesurant les vitesses de déplacement et de rotation, et corrigeant l'ensemble des postures en assurant la souplesse et le "naturel" des mouvements. Il est également doté d'un système d'audition lui donnant assez d'informations pour savoir d'où viennent les sons qu'il entend. Au total, ce robot est un concentré de technologie, incluant de multiples capteurs, analyseurs et moteurs (6 moteurs pour chaque bras, par exemple). Cog peut repérer les visages, savoir si quelqu'un le regarde, détecter les mouvements autour de lui, copier les gestes simples comme par exemple incliner la tête.

Pour Rodney Brooks, Cog présente déjà les signes d'une intelligence primitive : il est aujourd'hui capable de reconnaître ses interlocuteurs et de modifier son comportement en fonction de leurs attitudes (il sait reconnaître un visage sur la base d'une sélection des traits qui est copiée sur ce qui se passe dans notre cerveau.), de l'ouïe et du toucher, Cog repère les gens qui l'approchent et les suit des yeux). "C'est grâce à la coopération entre ses différents modules (vue, audition, toucher...) que Cog peut véritablement apprendre", déclare le chercheur. "Le cerveau est organisé ainsi en un système distribué, avec plein de petits modules qui ont évolué séparément et s'ignorent entre eux. Ils envoient des messages aux muscles par le cervelet qui sont suivis d'effets, sauf si un autre centre cérébral est intervenu" (...). Cog ne sait bouger le bras que vers ce qu'il a vu. Ensuite il voit qu'il s'est trompé : il apprend qu'il doit bouger son bras différemment. Peu à peu, il parvient à mieux saisir la chose qu'il a vue. Les bébés mettent des mois à faire cela. Cog fait presque aussi bien en quelques heures", explique Rodney Brooks.

COG © : Sam Ogden http://www.ai.mit.edu/projects/cog
© Photo : Sam Ogden

          


La main de COG - ©  Sam Ogden - http://www.ai.mit.edu/projects/cog
La main de Cog


Robot sociable
D'autres plates formes, plus petites sont également réalisées simultanément afin d'examiner certains aspects spécifiques, avant de les mettre en pratique sur Cog. L'idée est d'obtenir un robot viable, robuste, qui peut exister, et dans lequel on va introduire des capacités telle que la mémoire (imitée du cerveau selon les règles de types "dynamique neuronale"), ou des capacités sociales d'interaction entre les agents.

Kismet - © Sam Ogden -http://www.ai.mit.edu/projects/cog
Kismet, petite soeur de Cog
© Sam Ogden

          Ainsi, Kismet (bonne fortune, en Turque), petite soeur de Cog, conçue en 1997, est un robot sociable qui, dans un avenir proche, deviendra la tête pensante de Cog.
Conçu par Cynthia Breazel, chercheuse au MIT, Kismet est une sorte de tête, dotée de 21 degrés de liberté et d'un cerveau aussi puissant qu'une dizaine d'ordinateurs. Jour après jour, auprès de sa nounou Cynthia, Kismet apprend a éprouver des pulsions, des besoins, voire des exigences, cherchant à les satisfaire, manifestant son intérêt, sa surprise, sa frustration ou sa bonne humeur. Une personnalité que la chercheus définit
comme "une aspiration fondamentale à l'équilibre entre sociabilité, stimulation et fatigue".

Kismet - Sam Ogden - http://www.ai.mit.edu/projects/cog
Cynthia Breazeal ,captant l'attention de Kismet
© Photo : Sam Ogden

     

Les émotions de Kismet © MIT
Kismet est émotif : de gauche à droite et de haut en bas :
fureur, surprise, crainte, joie, tranquillité, intérêt, fatigue, dégoût, tristesse.
© Photo : MIT

Pour en savoir plus : http://www.ai.mit.edu/projects/humanoid-robotics-group/
Vidéos étonnantes concernant Kismet : http://www.ai.mit.edu/projects/sociable/videos.html

mars 2000



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