Vers le site Automates Intelilgents
La Revue mensuelle n° 121
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).

 

Article L'impression 3D, révolution dans l'ingénierie...et dans la robotique.
Jean-Paul Baquiast 23/09/2011

Le terme d'impression 3D (3 Dimensions) doit être explicité. Il s'agit d'une aide à l'ingénierie, autrement dit d'une aide au prototypage et à la production d'objets industriels. On utilise le terme d'imprimante pour désigner les machines employées à cette fin, car elles présentent des similitudes de principe avec les imprimantes de bureau. D'une part celles-ci sont commandées par des programmes réalisées en amont. D'autre part, dans l'impression couleur, elles disposent de buses spécialisées par couleur qui déposent celles-ci sur l'image par couches successives. Par ailleurs la taille des imprimantes 3D diminue de plus en plus, ce qui permet, en ce qui concerne au moins la réalisation d'objets de petite taille, d'en faire des outils facilement utilisables dans les bureaux d'ingénieurs ou dans les ateliers d'artistes. Nous renvoyons à Wikipedia pour les détails (Impression 3D industrielle ou stéréolithographie http://fr.wikipedia.org/wiki/Impression_3D)

Traditionnellement, la réalisation d'un objet fini industriel supposait l'appel à des matériaux peu souples, le métal, le bois, dont les contraintes limitent les potentialités de l'objet. Il en est ainsi par exemple d'une aile d'avion traditionnelle. Il ne sert à rien aux concepteurs de définir mathématiquement des propriétés idéales en terme d'aérodynamique ou de résistance si le matériel finalement utilisé ne permet pas de les mettre en oeuvre. C'est le recours à des matériaux beaucoup plus adaptables à tous égards, notamment les matières plastiques, qui a révolutionné la fabrication et par répercussion la conception. On sait maintenant, soit au niveau du prototype soit à celui de l'objet fini, produire des formes résultant du dépôt couche par couche des composants nécessaires. Ces couches se solidifient en donnant un objet non seulement doté de formes irréalisables autrement mais beaucoup plus cohérent et solide que s'il résultait de l'assemblage de pièces différentes.

Aujourd'hui le choix des composants susceptibles d'être utilisés en ingénierie 3D s'étend rapidement. Non seulement les matières plastiques ont gagné en fiabilité, mais il est possible de les combiner en proportions adéquates avec divers métaux en poudre. L'imprimante 3D est une machine utilisant le laser pour fabriquer l'objet couche par couche, chacune ne dépassant pas l'épaisseur de quelques millimètres. Pour cela, elle découpe le modèle informatique de l'objet, produit par CAO (computer assisted design) en centaines de couches 2D aisément imprimables. Chaque couche est alors imprimée en 2D par un rayon laser sur un support du matériau requis, plastique, acier ou titanium. La chaleur du laser fusionne les particules en un ensemble compact. On obtient finalement une sorte de gâteau feuilleté dont l'objet désiré peut être extrait en supprimant la partie non utile des couches.

La conception par ordinateur a parallèlement pu progresser. Les concepteurs, plutôt que devoir s'enfermer dans des contraintes étroites, imposées par les limites de résistance du matériau traditionnel, ont élargi les ambitions de l'objet visé et développé pour y atteindre des programmes évolutifs plus performants. Par ailleurs, les techniques de l'IA, par exemple l'utilisation d'algorithmes génétiques, ont rendu la production des programmes beaucoup plus rapide et efficace. Ainsi il n'est plus nécessaire d'attendre le résultat de tests en vraie grandeur pour obtenir les spécifications adéquates. La simulation simultanée des environnements, des objets et des programmes de production correspondants, dans un environnement virtuel, permet de gagner beaucoup de temps. Certains n'excluent plus aujourd'hui de réaliser des programmes auto-adaptatifs qui seraient l'amorce d'objets industriels capables de s'ajuster aux-mêmes à leur milieu.

L'industrie n'en est évidemment pas là, mais le nombre et les capacités des objets entièrement réalisés par ces méthodes de CAO augmentée couplée à la production 3D sont en train de se multiplier. Les coûts diminueront considérablement. En aéronautique par exemple, si l'on n'envisage pas encore la réalisation en totalité de gros porteurs, le nombre de pièces de ceux-ci résultant de tels processus ne cesse d'augmenter, sans résultats négatifs sur la fiabilité. A plus petite échelle, la réalisation de drones sans équipage adaptés à des missions de plus en plus acrobatiques est déjà en cours. Entre autres objets de grande taille, des architectes étudient la technique 3D pour produire des éléments de logements, voire des modules entiers.

Certes, les matières premières nécessaires: pétrole pour les composants polyesters, métaux plus ou moins rares tels le titanium, alliages sophistiqués d'aluminium ou d'acier, ne sont pas gratuits ni renouvelables. Mais le problème est le même dans l'ingénierie classique. On peut donc prédire un grand succès à ces méthodes.

Les applications en robotique autonome

Des firmes produisant des robots mobiles variés, tel Motile Robotics (http://www.motilerobotics.com/) basée dans le Maryland font déjà un large usage de l'impression 3D pour réaliser à faible coûts divers robots de laboratoire permettant d'explorer des fonctionnalités difficile d'accès pour des robots classiques. Ainsi sont produits de petits robots volants analogues à des insectes, entièrement conçus en 3D. Le Robotic Lab de l'université Carlos III http://roboticslab.uc3m.es/roboticslab/ à Madrid étudie actuellement l'impression 3D de tous les composants complexes, moteurs, circuits et transistors nécessaires à des robots imprimables, notamment des robots de société. Le site Thingiverse http://www.thingiverse.com/ vise a rassembler sur le mode de l'open source des chercheurs professionnels ou amateurs s'intéressant aux perspectives ainsi ouvertes, ainsi qu'aux matériels d'impression dont la taille et le coût sont en baisse continue. L'industrie militaire investit aussi dans ces domaines, plus discrètement évidemment.

Mais il y a mieux. Dans la perspective que nous évoquions, produire des objets capables de s'auto-concevoir et s'auto-adapater, la robotique offre des opportunités apparemment illimitées. En effet, si la production de robots (humanoïdes ou non) peut devenir aisée grâce à l'impression 3D, il suffira de constituer des populations de tels robots, dotés par ailleurs d'intelligence artificielle développée, pour obtenir en les mettant en concurrence des processus de sélection analogues à ceux de la biologie. Les robots ainsi réalisés pourront d'une part améliorer les programmes de CAO et les matériels utilisés pour leur propre production, d'autre part la puissance de leurs capacités cognitives résultant d'une interaction facilitée avec le monde extérieur. Ainsi leurs corps et leurs cerveaux pourront-ils se développer simultanément.

C'est l'objectif que poursuit le projet HyperNEAT développé par le Creative Machines lab de l'Université Cornell (USA). Il s'agit de recréer les conditions dans lesquelles de jeunes enfants acquient simultanément de nouvelles capacités corporelles et le système nerveux permettant de les utiliser. Une expérience est actuellement en cours pour doter des robots, sans les programmer à l'avance, d'aptitudes à la marche. http://creativemachines.cornell.edu/evolved-quadruped-gaits. La réalisation a été présentée à Paris en août dernier lors de la 11e European conference on artificial life ECAL http://www.ecal11.org/.

L'objectif ne se limite pas à produire des cerveaux robotiques ayant acquis des capacités sensiro-motrices ou cognitives améliorées, mais de relier ces cerveaux à des imprimantes 3D capables d'intégrer ces améliorations pour la production de nouvelles générations de robots ainsi améliorés. Le site EndlessForms également hébergé à l'université Cornell vise à réunir les promoteurs de telles expérimentations faisant appel à une conception 3D enrichie (http://endlessforms.com/press/) Les cerveaux utilisent des réseaux neuronaux mais on pourrait envisager qu'ils s'auto-construisent sur la base des systèmes multi-agents (SMA) tels que proposés notamment par Alain Cardon en France.

Pour Jean-Baptiste Mouret de l'Institut des systèmes intelligents et de la robotique (Paris) http://www.isir.upmc.fr/?op=view_profil&id=72&lang=fr , si les recherches en ce sens sont poursuivies, l'on verra prochainement apparaître des entités présentant des solutions corps-cerveaux originales, jusqu'à présent ignorées par l'évolution biologique terrestre.

Note
L'Institut des Systèmes Intelligents et de Robotique (ISIR) est un laboratoire de recherche pluridisciplinaire qui rassemble des chercheurs et enseignants-chercheurs relevant de différentes disciplines des Sciences de l’Ingénieur et de l’Information ainsi que des Sciences du Vivant.
L’ISIR est une Unité Mixte de Recherche (UMR7222) commune à l’Université Pierre et Marie Curie (UPMC) et au Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS). L'ISIR est rattaché d’une part à la faculté d’Ingénierie de l’UPMC (UFR 919) et d’autre part à l’Institut des Sciences de l'Ingénierie et des Systèmes (INSIS) du CNRS.

Retour au sommaire