Robonaut. Les robots et l'exploration spatiale
Jean Paul Baquiast
28 janvier 2006
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.
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.
Un
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.
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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.
|
Automates
Intelligents s'enrichit du