Vers le site Automates Intelilgents
La Revue mensuelle n° 71
Robotique, vie artificielle, réalité virtuelle

Information, réflexion, discussion
logo admiroutes

Tous les numéros


Archives
(classement par rubriques)

Image animée
 Dans La Revue
 

Retour au sommaire

Automates Intelligents s'enrichit du logiciel Alexandria.
Double-cliquez sur chaque mot de cette page et s'afficheront alors définitions, synonymes et expressions constituées de ce mot. Une fenêtre déroulante permet aussi d'accéder à la définition du mot dans une autre langue (22 langues sont disponibles, dont le Japonais).


Robonaut. Les robots et l'exploration spatiale

Jean Paul Baquiast
28 janvier 2006

Robonaut  - Image : NASA

Robonaut (Image Nasa)

Rodney Brooks, le légendaire roboticien américain, directeur du Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory du Massachusetts Institute of Technology, veut réveiller l'intérêt de la Nasa pour la robotique. Il n'oublie pas qu'en 1989, c'est lui qui avait lancé l'idée d'explorer les planètes avec des équipes de petites machines bon marché sur le modèle du robot qu'il avait développé à l'époque, un certain Genghis(1). La Nasa n'avait pas suivi exactement cette direction. Néanmoins, elle s'était inspirée des produits de Rodney Brooks pour concevoir le « rover » Sojourner, envoyé sur Mars huit ans plus tard. Ce robot ressemblait plus à un petit tank qu'à un androïde, néanmoins il disposait dès cette époque d'un certain nombre de capacités pour s'adapter à un environnement inconnu directement inspirées des idées de Rodney Brooks.

Aujourd'hui, celui-ci voudrait que la Nasa s'affranchisse complètement(2) du concept d'engin d'exploration téléguidé pour envisager l'emploi de robots qui seraient véritablement des partenaires des explorateurs. Ils pourraient s'inspirer des robots qui sont actuellement développé dans le laboratoire de Brooks au MIT, l'un doté d'un sens très fin du toucher, l‘autre capable d'identifier les visages humains, un autre encore ( baptisé Domo) capable de manipuler un tournevis en imitant un utilisateur humain de cet instrument et non en déroulant un programme informatique préparé à l'avance.

De tels auxiliaires seraient très opportuns aujourd'hui, alors que l'administration et le Congrès viennent d'officialiser les projets de retour sur la Lune, que devraient suivre ensuite des débarquements sur Mars. Ces expéditions seraient confiées dans un premier temps non à des astronautes mais à des robots capables de se comporter quasiment comme des humains. Il faudrait qu'ils puissent apprendre seuls des tâches nouvelles, utiliser les outils de la même façon que les hommes et se comporter le moment venu en équipes d'assistance expérimentées.

La Nasa avait longtemps hésité à promouvoir l'exploration robotique. Certains de ses responsables craignaient peut-être de diminuer l'intérêt du public – et consécutivement les crédits – si des robots et non des humains étaient envoyés en première ligne. Mais aujourd'hui, de nombreux arguments militent pour un changement d'optique. D'une part, l'opinion est de plus en plus attachée à la protection de la vie humaine, ce qui oblige à multiplier les sauvegardes et donc les coûts. Mais surtout des robots performants sont désormais disponibles, équipés de composants informatiques de plus en plus puissants. Ils peuvent être envoyés dans l'espace après de courts délais préparatoires et avec des budgets relativement réduits. La Nasa a donc décidé de les promouvoir à la dignité d'auxiliaires à temps complet, c'est-à-dire avant les missions humaines, mais aussi pendant et après ces missions.
Rodney Brooks voudrait aller plus loin, c'est-à-dire que les responsables des futurs vols abandonnent la distinction datant des années soixante, entre ce que peuvent faire les robots et ce que les hommes peuvent faire. Désormais cette ségrégation devrait disparaître. Hommes et robots, selon leurs capacités différentes, pourront se répartir les mêmes tâches(3).

Il est certain qu'en termes de coûts, les robots sont sans compétiteurs. Selon les chiffres fournis par le Jet Propulsion Laboratory de Pasadena, les rovers martiens Spirit et Opportunity ont coûté environ 900 millions de dollars sur 5 ans. Par comparaison, en 30 ans, les 112 vols de la navette spatiale ont provoqué 14 pertes humaines et coûté environ 1,3 milliard par vol.

Mais des robots auraient-ils pu faire ce qu'ont fait les équipages des navettes ? Certes, les deux Rovers martiens fonctionnent encore après deux ans de service alors qu'ils étaient prévus pour travailler 90 jours. Mais ils n'ont jamais été livrés à eux-mêmes. Chaque jour, une équipe de 50 scientifiques et techniciens leur dicte ce qu'ils ont à faire, en interprétant les données qu'ils envoient sur Terre. On estime que le travail accompli par eux aurait pu être réalisé en une journée par un explorateur humain bien entraîné.

Aussi faut-il dorénavant combiner les capacités d'adaptation et d'invention de l'esprit humain aux ressources purement mécaniques des Rovers. Mais comment ? Dans un premier temps, l'objectif est d'entraîner les robots à travailler en coopération avec des humains dans des conditions simulant l'environnement lunaire ou martien. Le robot aide le scientifique à analyser les sols, à porter des équipements, à réaliser des tâches de construction et de maintenance d'installations(4).

Au Johnson Space Center de Houston, des chercheurs développent Robonaut, un astronaute robotisé qui peut utiliser divers outils et dépasser en performance n'importe quel astronaute lors d'une marche dans l'espace. De même le SCOUT, engin de transport lunaire développé par la Nasa, pourra véhiculer des astronautes mais aussi potentiellement se comporter de façon autonome.

La Nasa a lancé récemment deux concours pour encourager le secteur privé à développer des robots autonomes. L'un devra assembler des structures avec le minimum d'interventions humaines. L'autre devra suivre un plan de vol et toucher terre en certains points pour prélever des échantillons de sol. .
Il va sans dire que de tells robots pourront trouver très vite des applications sur Terre, dans les hôpitaux, les écoles et les locaux d'habitation. Leur capacité à se passer de plus en plus des interventions humaines fera peur à certains, mais leur vaudra beaucoup d'intérêt de la plupart de leurs futurs utilisateurs et commensaux. Avec l'assistance des robots, les humains seront beaucoup plus efficaces et, en contrepartie, les robots entourés d'humains se perfectionneront (s'humaniseront) rapidement(5).

Nous n'avons ici qu'un regret à formuler, c'est que ce que nous venons de résumer dans cet article ne soit pas encore compris en Europe. L'exploration spatiale intéresse peu les Européens et la robotique autonome encore moins. Il faudrait réagir (voir encadré in fine).

Pour en savoir plus
Les nouvelles générations de robots

La revue NewScientist, dans son numéro du 4 février 2006, présente un Dossier consacré aux nouvelles générations de robots développées dans les pays qui s'intéressent à cette science et financent les recherches (Ne cherchez pas, ce n'est pas en France).

L'objectif est de réaliser des robots bien plus aptes que les robots actuels à construire des relations avec les humains. Il est certain que les robots aspirateurs ou même les humanoïdes tels que l'Asimo de Honda ne sont pas très engageants, car leurs possibilités physiologiques sont limitées et surtout ils ne sont pas capables d'autonomie. Aujourd'hui, les progrès foudroyants des nouvelles technologies de la robotique et de l'IA forte (strong IA) permettent de réaliser des entités qui se comporteront de plus en plus comme des égales et des partenaires de l'humain, même si leurs aspects physiques restent différents. Ce qui compte pour l'homme est de pouvoir entrer en empathie avec un androïde. A cet égard il est plus important de le voir marcher ou de l'entendre parler comme nous, que de lui trouver un physique agréable mais inerte.

Le dossier présente un certain nombre de robots manifestant des progrès substantiels dans les 3 disciplines suivantes:

- la marche sur deux jambes avec auto-apprentissage de l'équilibre. Citons le marcheur bipède Cornell de l'université du même nom, le robot Denise, doté de genoux, contrairement au précédent, réalisé à l'université de technologie de Delft, le Toddler du MIT. Tous pourront avoir des applications en prothèses pour handicapés.
- la parole. Citons le Waseda Talker de l'université Waseda au Japon.
- la dextérité manuelle dans la manipulation des objets même très petits. Citons le plus révolutionnaire de tous, le Robonaut de la Nasa, déjà présenté dans ce numéro (http://www.admiroutes.asso.fr/larevue/2006/71/robonaut.htm) et visant à seconder les hommes dans les missions spatiales. Le Robonaut s'inscrit dans une lignée de collatéraux, notamment le Dexter de l'université du Massachusets et le Domo du MIT.

Inutile de dire que ces robots sont l'aboutissement d'études approfondies de biomécanique permettant de comprendre comment les humains ont au cours de l'évolution acquis la maîtrise des comportements correspondants. Mais dans aucun cas, il ne s'agit de copier l'homme. Il faut inciter le robot à redécouvrir lui-même comment utiliser les dispositifs dont il est doté par les ingénieurs pour interagir avec des commensaux humains.

Nous conseillons aux lecteurs intéressés de se rendre sur les sites suivants, généralement très pédagogiques
Cornell Walker http://www.sciencenews.org/articles/20050806/bob8.asp
Denise http://mms.tudelft.nl/dbl/research/biped/Denise/
Toddler http://web.mit.edu/newsoffice/2005/robotoddler.html
Waseda Talker http://www.takanishi.mech.waseda.ac.jp/research/voice/
Robonaut http://vesuvius.jsc.nasa.gov/er_er/html/robonaut/robonaut.html
Voir aussi, sur Robonaut et Dexter, un compte-rendu illustré de Juillet 2003 (déjà 2 ans et demi) http://vesuvius.jsc.nasa.gov/er_er/html/robonaut/status/Jul_Robonaut_Status_03.htm

Notes
(1) L'exploration spatiale est considérée comme l'apothéose de l'aventure humaine sur la Terre. Elle permet à l'Homme de commencer à quitter le milieu où il est apparu il y a un million d'années et d'aborder des rives inconnues. A travers l'homme, elle permet l'expansion de la vie et de l'intelligence dans le cosmos. C'est donc une nouvelle aventure qui s'ouvre, et nul ne peut dire où elle s'arrêtera car les frontières de l'espace semblent reculer d'année en année.
Mais, bien évidemment, les hommes sans les machines ne pourraient que rêver. Ils devront s'appuyer sur les technologies extraordinaires qu'ils ont mises au point depuis cinquante ans.

On connaît les plus importants des auxiliaires de l'homme dans l'espace. Ce sont les lanceurs (fusées) et les moteurs de plus en plus puissants (cryogéniques) qui les propulsent, les centaines de satellites qui tournent autour de la Terre, parmi lesquels se trouve la Station Spatiale Internationale et le télescope Hubble, les sondes qui quittent l'orbite terrestre pour explorer le système solaire, les « orbiteurs » qui circulent autour des astres proches pour les observer et y envoyer des instruments.

La plupart des missions spatiales sont automatiques, mais certaines, dès les origines, ont emporté des équipages. Ce fut en 1961 le Russe Youri Gagarine, suivi des premiers américains. Les missions Apollo ont permis le débarquement américain sur la Lune en 1967. Malheureusement, l'exploit ne fut pas renouvelé car jugé trop coûteux et inutile. Par contre, depuis cette date, de nombreux cosmonautes de divers pays ont été envoyés en orbite, pour des missions de quelques jours à six mois. Aujourd'hui, les Etats-Unis ont planifié un retour sur la Lune à échéance d'une dizaine d'année, qui devrait précéder une opération autrement difficile et risquée, un débarquement humain sur Mars. La Chine et peut-être le Japon viseront très probablement aussi la Lune dans la décennie qui vient. Pourquoi pas l'Europe ?

(2) Cependant, contrairement à ce que l'on croit, les robots n'ont pas jusqu'ici joué un rôle très important dans l'aventure spatiale. Ceci pour une raison simple, c'est qu'ils commencent seulement à être véritablement efficaces, en acquérant de l'intelligence et de l'autonomie. De tels robots, que l'on qualifie de robots autonomes, sont partout encore en cours de développement dans les laboratoires. Mais ils arrivent…

Ce que l'on appelait robot il y a quelques années n'était pas autre chose qu'une machine un peu complexe téléguidée de la Terre. C'était le cas des premiers robots martiens, les deux Viking des années 1970 et le Mars Pathfinder de 1997. C'est presque encore le cas des deux robots en opération sur Mars aujourd'hui, Spirit et Opportunity. Certes, ces robots ont étonné le monde entier par leur résistance à l'atterrissage, les photos qu'ils ont prises en se déplaçant sur des sols accidentés, leur longévité. Mais sur le plan de la robotique, ils n'ont pas grand-chose de ce qui fera le robot spatial de demain, c'est-à-dire la capacité à se comporter seul, comme le ferait un homme. Il ne s'agit encore que des versions spatiales des robots utilisés dans l'exploration des fonds marins, qui restent toujours sous contrôle d'un navire de surface.

(3) Il est évident que plus le robot sera capable de se comporter de façon intelligente et réfléchie, plus il sera utilisé. Pourquoi ? Simplement parce que l'homme est trop fragile et trop précieux pour pouvoir être chargé des multiples tâches qui s'imposeront dans les futures missions. On réservera les équipages humains aux travaux où ils seront vraiment irremplaçables. Même lorsqu'on enverra des hommes dans l'espace, on les entourera d'une escorte de robots qui seront pour eux des auxiliaires indispensables.

(4) Pour quoi faire ? Le premier besoin consiste à surveiller et si possible réparer les lanceurs, satellites et vaisseaux spatiaux. On a vu lors des derniers vols de la navette que l'équipage ne pouvait pas intervenir à l'extérieur de celle-ci pour observer les défauts qui se révèlent et remplacer les parties défectueuses. De petits robots pourraient le faire, soit au bout de « bras manipulateurs » soit en orbite autour du vaisseau. Même des opérations plus complexes, comme la maintenance du télescope Hubble ou celle des sondes d'exploration du cosmos, pourraient dans l'avenir être confiée à des robots ou assistés par eux. N'oublions pas non plus que, dans l'avenir, des robots médicaux pourront intervenir pour secourir des hommes en difficulté lors de vols de longue durée.

Les futures missions auront par ailleurs besoin de construire des bases sur les planètes explorées : entrepôts, abris, usines à fabriquer du combustible à partir des ressources locales. La construction et la maintenance de ces bases seront presque entièrement confiées à des robots assembleurs, mécaniciens, chimistes… Les hommes ne s'y aventureront que lorsque les robots auront fait l'essentiel du travail.

le futur rover robotisé Exomars de l'Agence spatiale européenne, EsaUn deuxième grand besoin, celui auquel tout le monde pense, concerne l'exploration des planètes, la Lune et Mars pour commencer. Un bon robot d'exploration devra savoir faire plusieurs choses : se déplacer sur des sols accidentés, le cas échéant utiliser l'atmosphère martienne pour survoler les terrains inabordables par la voie terrestre, observer le plus de choses possibles y compris des objets ou situations inattendues, contourner les obstacles sans prendre de risques inutiles, etc. Ceci supposera le recours à des robots de formes diverses, au-delà du banal robot à roues : robots marcheurs, robots rampants, robots volants. On envisage de faire appel à plusieurs solutions conjointement. Par exemple un grand robot principal ou maître qui pourra se faire escorter par de petits robots en essaim, plus économiques et plus souples. On parle même de plus en plus de « poussières intelligentes », c'est-à-dire de très petits robots (quelques millimètres) qui seraient lâchés par le robot maître dans des grottes ou zones inconnues. Le robot maître lui-même, qui serait débarqué sur la planète, devrait rester en liaison avec des robots en orbite embarqués sur la capsule ou orbiteur. Cette dernière représenterait le centre nerveux de la mission, opérant loin de la Terre de la façon la plus autonome possible. (image Esa: le futur rover robotisé Exomars de l'Agence spatiale européenne, Esa).

(5) Mais c'est dans la réalisation de ce que l'on appelle aussi des automates intelligents ou cognitifs (capables de conscience) que reposent les plus grands espoirs des roboticiens qui préparent les futures explorations spatiales. On espère disposer dans un délai de 2 à 5 ans de robots disposant des facultés intellectuelles d'un enfant de 5 ans. Ces facultés intellectuelles seront alimentées, ne l'oublions pas, par des organes des sens (capteurs sensoriels) infiniment plus puissants que ceux dont disposent les enfants des hommes. De même leurs organes effecteurs pourront faire infiniment plus de choses qu'un humain. Ceci voudra dire que ces robots auront conscience d'eux-mêmes et du milieu dans lequel ils agiront en utilisant d'innombrables données fournies en temps réel par leur corps robotique. Ils pourront donc assez vite apprendre à éprouver des sentiments : volonté de découvrir et de réussir, désir de travailler en groupe avec les homologues, mais aussi peur, génératrice d'une nécessaire prudence…

Mais pourquoi le robot spatial devra-t-il penser et ressentir de façon autonome ? Parce que ces robots, machines coûteuses, livrées à elles-mêmes loin de la Terre, n'auraient aucune chance de survivre longtemps si elles n'avaient pas ces qualités typiquement humaines. On voit ici que les programmes spatiaux seront le moteur qui tirera dans les prochaines années les progrès de la robotique et qu'à l'inverse, les progrès de la robotique multiplieront sans limites définissables aujourd'hui les progrès de l'exploration de l'espace et du cosmos.


Pour un pôle technologique français Robotique Autonome

En France, les rares universitaires qui voudraient développer des prototypes de robots autonomes ne peuvent recevoir aucun financement de l'Etat. Il existe certes des organismes qui réalisent des pièces et des morceaux, mais cela ne permet pas de créer des filières durables. Le secteur privé, pour sa part, ne s'y intéresse pas. Il est donc impossible d'obtenir des capitaux, même modestes, afin de créer une start-up dédié à la robotique autonome évolutionnaire, sur le modèle de ce qu'avait fait Rodney Brooks et bien d‘autres inventeurs aux Etats-Unis.

Ne pourrait-on cependant envisager la création d'un pôle technologique ou de compétitivité sur le thème de la Robotique autonome, qui rassemblerait les nombreuses entreprises pouvant bénéficier d'un noyau de recherche commune : entreprises du secteur de l'armement, entreprises industrielles, entreprises d'exploration pétrolière et océanographique, robotique médicale, robotique civile et de loisirs, jeux électroniques, gestionnaires de réseaux et de moteurs de recherche. L'Etat pourrait prélever sur les dotations des deux agences qui viennent d'être créées pour encourager la Recherche Développement de quoi apporter sa part à ce thème. On éviterait ainsi de voir partir aux Etats-Unis, au Japon et bientôt en Chine tous les thésards qui ont choisi ce sujet d'études.

 

Retour au sommaire