Internet des objets robotiques

Si vous regardez trop de films comme I, Robot, Blade Runner ou la série Terminator, vous risquez d'imaginer un avenir apocalyptique dans lequel l'humanité lutte contre des robots pour la suprématie, voire sa survie. Ou encore, vous pourriez décider qu'en réalité, l'intelligence artificielle (IA) est très éloignée des rêves comme des cauchemars des écrivains de science-fiction.

Nul ne sait quel équilibre s'établira entre les humains et les robots, mais une chose est sûre, ce que nous entrevoyons du « futur » est beaucoup plus surprenant et exotique que la plupart des gens ne le pensent. Cela se vérifie aussi bien pour le développement en robotique que les relations entre les humains et les robots.

Par exemple, certaines plates-formes de forage pétrolier ou certains pipelines bénéficient de serpents-robot capables de ramper dans les abysses pour les inspections sous-marines, l'entretien et les réparations. Plus près de nous, sur la terre ferme, Boston Dynamics démontre les exploits incroyables de force et d'agilité dont est capable un robot humanoïde, avec des sauts classiques et des sauts périlleux arrière. Cette société a produit de nombreux robots qui agissent de manière irréelle, et parfois effrayante, comme des humains ou des animaux. Dubai nourrit l'ambition de devenir une ville intelligente, notamment grâce à des drones et des robots qui joueront un rôle clé pour les plans de développement locaux. Cette ville a déjà testé un drone qui devrait faciliter l'établissement d'un système de transport aéroporté viable qui pourrait être en place d'ici cinq ans.

Les relations entre humains et robots sont également en pleine évolution. Pour échapper à la pression du mariage, Zheng Jiajia a décidé d'épouser Yingying, un robot qu'il a construit lui-même, après seulement deux mois de « fréquentation ». Et lors d'un sommet sur les hautes technologies, l'Arabie saoudite a décidé d'accorder la citoyenneté à Sophia, un robot construit par Hanson Robotics. Au-delà du coup médiatique, se pose la question beaucoup plus sérieuse des droits des robots.

Cet article examine non seulement la situation actuelle, mais encore l'avenir prévisible. Il commence par passer en revue des types de robot de tailles radicalement différentes, allant de celle d'une maison aux appareils capables de manipuler des charges moléculaires, afin de démontrer l'ubiquité de la robotique et identifier ses thèmes de développement continu. Cette analyse porte notamment sur le cas spécial des robots humanoïdes et des androïdes, et considère également les drones comme un type de robot.

Ensuite, nous extrapolons ce tour d'horizon robotique en examinant les nouvelles possibilités offertes par l'intégration de robots avec l'Internet des objets pour créer un Internet des objets robotiques, les réalités de l'intelligence artificielle (IA) et les impacts possibles, néfastes ou bénéfiques, sur l'avenir de l'emploi.

Enfin, nous faisons le lien entre ces considérations d'ensemble et l'environnement immédiat, tel qu'il est, en offrant quelques exemples de kits du commerce disponibles actuellement. Ces kits permettent aux ingénieurs d'explorer les possibilités de la robotique sans nécessiter le budget d'une grande entreprise.

Types de robot

Guerres robotiques et concours : les plus grands robots existant actuellement sont les robots de combat géants avec pilote et fabriqués par MegaBots, Inc. pour combattre dans des arènes de la taille d'un stade. Ces robots humanoïdes de 4,50 m de hauteur se lancent des balles de peinture de la taille d'un boulet de canon à des vitesses de plus de 200 km/h. Le dernier robot debout est le gagnant.

Fig.1 : Megabot, image via Wikimedia Commons

Une approche novatrice en matière de construction, la plate-forme de construction numérique : en seulement une demi-journée, un nouveau type de robot a construit tout seul un bâtiment en forme d'igloo qui mesure la moitié du diamètre du dôme du capitole américain. Dans l'avenir, ce type de machines autonomes pourraient construire des villes entières, créer des structures farfelues dignes de l'illustrateur américain Dr. Seuss, voire préparer la lune pour sa première colonie humaine.

Développé par une équipe du laboratoire Mediated Matter spécialisé en science des matériaux et en conception du Massachusetts Institute of Technology (MIT) à Cambridge (États-Unis), la plate-forme de construction numérique consiste en un grand bras hydraulique monté sur des chenilles motorisées semblables à celles d'un char. À l'extrémité de ce bras robotisé, un petit bras électrique est prévu pour des manœuvres plus fines. Il est complété par une suite de capteurs pour le positionnement et le contrôle de la stabilité, ainsi que des outils remplaçables de soudage, de perçage et d'impression. La portée combinée des bras est dépasse 10 m. Le robot est également muni de panneaux solaires et de batteries, ainsi que d'une pointe électronique qui envoie par pulvérisations une ligne de mousse à expansion pour imprimer la structure.

Robots d'usine : la Fédération internationale de la robotique indique que 253 748 robots ont été vendus en 2015. Un tiers de ces derniers sont utilisés dans le secteur de l'automobile, 25 % par les sociétés spécialisées dans les équipements électriques et électroniques et 12 % par les industries métallurgiques et mécaniques. Le reste est présent dans des secteurs aussi divers que l'aéronautique, l'emballage des aliments et les produits pharmaceutiques.

Les gros robots se font une place dans des entreprises de plus petite taille, grâce aux progrès réalisés dans le domaine de la robotique et à la réduction des coûts qui lèvent les obstacles à la mise en œuvre d'applications de contrôle et d'automatisation.

Dans l'assemblage, les composants sont de plus en plus présentés au robot au moyen de systèmes de vision, tandis que la détection de force lui permet de s'ajuster et s'adapter à des situations plus délicates, comme le ferait un ouvrier humain. En un mot, les robots deviennent plus habiles.

De plus en plus, la flexibilité et la facilité de reprogrammation des robots pour de nouveaux modèles ou lignes de production en font un investissement à faible risque pour les PME.

Une nouvelle vague de robots, beaucoup plus habile que celle qui est utilisée actuellement par les constructeurs de véhicules automobiles et d'autres fabricants d'équipements lourds, sont en train de remplacer les travailleurs partout dans le monde, aussi bien pour l'automatisation de la fabrication que la distribution.

Par exemple, dans l'usine Philips Electronics à Drachten, Pays-Bas, 128 robots, guidés par des caméras vidéo, réalisent des exploits bien au-delà de la capacité des humains les plus habiles. Un bras robotique forme sans cesse trois courbes parfaites dans deux fils de connecteur et les insère dans des trous presque trop petits pour être visibles à l'œil nu. Les bras fonctionnent tellement rapidement qu'ils doivent être enfermés dans des cages de verre pour protéger les personnes qui les surveillent. Et ils le font sans pause café, trois équipes par jour, 365 jours par an.

Drones : la plupart des gens imaginent un drone comme un jouet solitaire télécommandé, avec des hélices, voire un grand avion militaire sans pilote. L'avenir risque cependant en réalité d'être incroyablement différent. Selon la rubrique « Future Now » de la BBC, les drones deviennent plus petits, moins chers à fabriquer et commenceront à essaimer par groupes de plusieurs centaines, voire milliers et à voler en groupe comme des oiseaux.

Sur le champ de bataille, de tels essaims pourraient surpasser les armes et la technologie que les militaires utilisent depuis des décennies. Dans une ville congestionnée, des équipes de minuscules quadrirotors pourraient circuler pour recueillir des renseignements. Des bataillons de chars pourraient être dépassés par des drones d'attaque miniatures provenant de toutes les directions à la fois. Beaucoup seraient abattus, mais il en resterait toujours assez pour détruire les chars.

Des essaims ont déjà été déployés : 300 drones ont formé un drapeau américain lors du spectacle de Lady Gaga à la mi-temps du Super Bowl, éclairant le ciel nocturne.

Dans l'avenir, des essaims pourraient aussi vérifier les pipelines, les cheminées, les lignes électriques et les installations industrielles de façon aussi économique que simple.

À la ferme, ils peuvent identifier les maladies des plantes et faciliter la gestion de l'eau ou la pulvérisation ciblée des pesticides et des herbicides, tout en collaborant pour couvrir la zone et combler les lacunes.

À une échelle encore plus petite, le projet RoboBee de l'institut Wyss de Harvard développe de minuscules drones plus petits qu'un trombone et pesant un dixième de gramme. Des milliers de RoboBees pourraient être utilisés pour la surveillance des conditions météorologiques, pour la surveillance tout court, voire la pollinisation des cultures à mesure que le nombre d'abeilles baisse.

Robots de l'ADN :

Alors que RoboBee peut déjà sembler minuscule, ce n'est pas du tout la plus petite famille de robots. Des chercheurs du California Institute of Technology de Pasadena ont découvert que des robots miniatures dotés de bras et de jambes constitués d'ADN pouvaient trier et livrer une charge moléculaire. Ces robots d'ADN pourraient déplacer des nanoparticules sur des circuits, assembler des composés thérapeutiques, diviser des composants moléculaires en ordures à recycler ou livrer des médicaments si nécessaire.

Robots humanoïdes et androïdes : certaines définitions différencient ces deux types en disant qu'un robot humanoïde se rapproche simplement de la forme humaine, tandis qu'un androïde est conçu pour émuler un humain aussi étroitement que possible.

Selon ce point de vue, les humanoïdes sont construits avec la même structure physique de base et les mêmes capacités cinétiques que les humains, mais ils ne sont pas conçus pour vraiment leur ressembler. Ils peuvent avoir des bras et des jambes articulés, par exemple, qui peuvent bouger de la même manière que les membres humains, mais ont un extérieur en métal ou en plastique qui n'imite en aucune manière l'apparence humaine. Des moteurs et des conduites hydrauliques peuvent être visibles. Exemples de ce type d'androïde : robot Nao d'Aldebaran Robotics et Atlas de Boston Dynamics appartenant à Google.

Atlas est le dernier d'une ligne de robots humanoïdes avancés développés par Boston Dynamics. Le système de contrôle Atlas coordonne les mouvements des bras, du torse et des jambes afin d'obtenir une manipulation mobile de tout le corps, élargissant considérablement sa portée et son espace de travail. La capacité d'Atlas à obtenir un équilibre en exécutant des tâches lui permet de travailler dans un grand volume tout en occupant seulement un faible encombrement.

Fig.2 : robot humanoïde Atlas de Boston Dynamics, image via Wikimedia Commons

En revanche, les androïdes ressemblent si étroitement à des humains qu'ils pourraient être confondus avec des personnes vivantes ; ce type d'androïde est souvent modélisé à partir d'humains. Eve-R, de l'Institut coréen de technologie industrielle (KITECH) et Geminoid DK en sont deux exemples.

Le Centre de recherche international « E.Piaggio » de l'université de Pise effectue des recherches sur « l'interaction émotionnelle entre humains et robots » en utilisant des robots semblables à des humains qui incarnent des états émotionnels, l'empathie et la communication non verbale. Le groupe de recherche utilise un androïde réaliste appelé FACE (Facial Automation for Conveying Emotions, Automatisation du visage pour transmettre des émotions), développé en collaboration avec Hanson Robotic, qui présente l'information émotionnelle à travers les expressions faciales pour étudier le lien d'empathie humain-robot. FACE fait partie d'une plate-forme HIPOP (Human Interaction Persuasive Observation Platform) complexe capable de recueillir des informations synchronisées acquises de capteurs de données physiologiques, psychologiques ou comportementales. Grâce à sa modularité, HIPOP permet aux savants de configurer différentes expériences en sélectionnant le nombre et le type des modules disponibles pour suivre les exigences du protocole.

Internet de la robotique

L'Internet des objets nous apporte un aperçu et un contrôle sans précédent sur le monde qui nous entoure; dans nos maisons, usines, bureaux, infrastructures urbaines, fermes, etc. Il le fait en connectant un grand nombre de dispositifs périphériques intelligents à des ressources puissantes basées sur le Cloud Computing et sur l'analyse.

Entre-temps, Telefonica a décrit les robots comme des machines qui présentent un comportement intelligent à mesure qu'elles détectent leur environnement et interagissent avec ce dernier. Que se passerait-il si l'on combinait ces entités, l'Internet des objets et les robots, dans une nouvelle écosphère ? L'attribution d'une connexion Internet aux robots apporte une immense source d'informations facilitant le processus de prise de décision et d'interaction des robots.

L'étape logique suivante consiste, pour cette connectivité universelle, à améliorer les dispositifs intelligents qui non seulement effectuent le travail, mais aussi se mettent en réseau pour aboutir à une intelligence combinée, capable de déterminer le meilleur plan d'action pour les dispositifs concernés.

Le concept de l'intégration des équipes de robots et de l'Internet des objets a été nommé « Internet des objets robotiques » ou IoRT. ABI Research définit l'IoRT comme des « dispositifs intelligents qui peuvent surveiller les événements, combiner des données du capteur à partir d'une variété de sources et utiliser une « intelligence » locale et distribuée pour déterminer le meilleur plan d'action ». Les principes robotiques de détection, de mouvement, de mobilité, de manipulation, d'autonomie et d'intelligence sont améliorés par l'Internet des objets.

Les spécialistes de la robotique n'ont plus à investir d'énormes quantités de temps, d'énergie et d'argent dans les fonctions de reconnaissance pour les robots, car l'Internet des objets fournit des informations réutilisables et pouvant être remises en cause auxquelles les robots peuvent accéder pour s'acquitter de leurs tâches. Ces robots connectés de l'IoRT constituent simplement l'évolution logique de la robotique.

La transformation du concept de machine à machine en concept de robot à robot semble une évolution naturelle, car les robots sont censés effectuer des travaux de façon plus efficace, plus exacte et plus fiable. De la même manière, nous nous attendons à ce que les technologies de machine à machine donnent de meilleurs résultats que les processus de contrôle industriel et d'automatisation classiques.

Les entrepôts d'expédition Amazon constituent l'une des applications pratiques de l'IoRT. Comme un article de son hebdomadaire le souligne : « Alors que le programme de livraison de drones d'Amazon et son potentiel d'avenir sont abondamment couverts, la vraie magie des robots et de l'Internet des objets est à l'œuvre dans leurs grands entrepôts d'expédition ».

Au lieu d'exécuter une ligne de production répétitive à l'infini, Amazon, comme d'autres détaillants de réalisation des opérations, a un modèle métier dans lequel chaque commande est unique. Cette entreprise gère des milliers, sinon des millions de produits, tous de tailles, de poids et de formes différents. Auparavant, pour remplir une commande, les employés de l'entrepôt devaient se déplacer partout et scanner des racks de marchandises pour localiser chaque produit spécifique. Cette activité a été remplacée par des robots qui déplacent les racks, ou des « modules » qui stockent les produits à l'endroit où les employés en ont besoin.

Les robots sont contrôlés par un processeur central à l'aide d'un réseau de communication WiFi sécurisé. Ils ont deux roues motorisées qui leur permettent de tourner en place, d'utiliser un récepteur infrarouge pour la détection d'obstacle et des caméras au sol pour lire les codes QR placés par terre. Ces codes QR informent le robot de l'emplacement et de la direction.

L'entrepôt de robotique ne doit pas son succès aux robots, mais à l'intelligence derrière ce système. Amazon traite des centaines de commandes par seconde et lorsque le client clique sur le bouton « Acheter », la commande entre dans un système d'expédition sophistiqué qui localise les produits dans différents centres de livraison Amazon. Une fois que la commande est organisée, les robots localisent et déplacent les modules jusqu'aux stations d'emballage attribuées pour permettre la préparation à l'expédition.

Consultez notre article Amazon - a prime example of an IoT implementation pour plus d'informations sur l'écosystème de l'Internet des objets Amazon.

Vers des robots vraiment intelligents : les progrès de l'intelligence artificielle

Tout le monde sait que les robots fournissent des solutions puissantes et flexibles pour un nombre croissant d'applications, mais quel est leur niveau réel d'intelligence ou que pourrait-il devenir ?

Cela dépend de l'intelligence artificielle, ou IA, qui les anime. Comme un article de « Howstuffworks » le souligne, l'IA recrée le processus de pensée humaine. Cela inclut la capacité d'apprendre à peu près n'importe quoi, de raisonner, d'utiliser la langue et de formuler des idées originales. Les spécialistes de la robotique sont loin d'atteindre ce niveau d'intelligence artificielle, mais ils ont fait beaucoup de progrès avec une IA plus limitée. Aujourd'hui, les machines à IA peuvent répliquer certains éléments spécifiques de nos capacités intellectuelles.

Par exemple, un ordinateur peut résoudre des problèmes en recueillant des faits par des capteurs ou des entrées humaines. Il compare ensuite ces informations aux données stockées et évalue leur signification. Ensuite, le système explore divers scénarios possibles et prédit quelle action sera la plus fructueuse. Il ne peut appliquer cela qu'aux problèmes qu'il est programmé pour résoudre, tel qu'un jeu d'échecs.

Un robot peut apprendre, par exemple, en identifiant le lien entre une certaine action, comme le mouvement des jambes, et ses résultats lors du parcours des obstacles. Le robot stocke ces informations et les applique dans les situations similaires. Toutefois, cette capacité est limitée ; les robots ne peuvent pas absorber tout type d'information comme les êtres humains.

Certains robots peuvent interagir socialement. Kismet, un robot du laboratoire d'IA du M.I.T. reconnaît le langage corporel humain et l'inflexion de la voix, puis répond de façon appropriée. Les créateurs de Kismet sont intéressés par la façon dont les humains et les bébés interagissent, uniquement sur la base du ton du discours et des repères visuels. Cette interaction de bas niveau pourrait être le fondement d'un système d'apprentissage proche de celui des humains.

L'intelligence naturelle est encore peu comprise et c'est pourquoi les recherches sur l'IA sont largement théoriques. Les scientifiques avancent des hypothèses sur notre façon et nos raisons d'apprendre et de réfléchir, et les extrapolent à l'aide de robots. L'équipe du M.I.T. se concentre sur les robots humanoïdes parce qu'elle pense que la découverte du monde à la manière d'un être humain est essentielle à l'élaboration d'une intelligence proche de celle des humains. Cela permet également d'interagir plus facilement avec les robots, ce qui en retour peut faciliter leur apprentissage.

Consultez notre article « AI's place in the IoT infrastructure » pour plus de détails sur les développements de l'IA.

Fig.3 : Quels seront les avantages de l'intelligence artificielle ? - Image via Pixabay

La montée en puissance des robots : un avantage ou un fléau ?

La montée en puissance des robots et de l'IA va-t-elle finalement apporter des avantages à la société, à l'amélioration de la qualité de vie ou engendrera-t-elle de la misère en raison de la destruction d'emplois ?

Selon le magazine Engineering & Technology de l'IoT, ce problème est profondément inquiétant pour les gouvernements, les employés, voire les capitaines d'industrie. Les premières projections sont alarmistes. Par exemple, le cabinet d'analystes PwC estime que l'automatisation va détruire 40 % des emplois aux États-Unis et 30 % des emplois au Royaume-Uni vers 2030. L'économiste en chef de la Banque d'Angleterre, Andy Haldane, a déclaré que jusqu'à 15 millions d'emplois pourraient disparaître en Grande-Bretagne à cause des robots.

Ces données sont aussi prises au sérieux par de grands patrons, allant de Bill Gates (les robots devraient payer des impôts) à Elon Musk (l'IA conduira à une troisième guerre mondiale). Les gouvernements ont commencé à songer sérieusement à des politiques fiscales et industrielles pour ralentir la marche des robots, ainsi que pour engager les nations à tirer profit de ce que pourrait être la prochaine grande révolution industrielle.

Il reste cependant des raisons d'espérer. Une étude de la société de conseil Capgemini explique que l'IA a créé de nouveaux rôles dans 75 % des grandes entreprises qui la mettent en œuvre, tandis qu'une proportion presque aussi importante de ces entreprises peut imputer une augmentation de 10 % des ventes à l'IA. Un sondage mené auprès des consommateurs et parrainé par l'entreprise de conception microélectronique ARM a révélé que 61 % d'entre eux pensaient que l'IA et davantage d'automatisation amélioreraient la société humaine au lieu de la détruire.

Entrée dans le monde de la robotique

Les robots offrent de toute évidence des possibilités passionnantes et, en tout état de cause, ils sont ici pour rester. Mais comment les ingénieurs peuvent-il s'adapter à cette technologie ? Il est possible d'aborder l'univers de la robotique au moyen de kits tels que la plate-forme de développement et de démonstration mécatroniques FSLBOT de NXP qui est facile d'utilisation, ou le système de robot mobile autonome et économique, le RP6v2. Les deux permettent d'obtenir une expérience en développement mécatronique, programmation et gestion des processeurs. Le RB6v2 offre la possibilité de mesurer l'intensité lumineuse, de détecter les collisions et les faibles niveaux de batterie, de mesurer et de contrôler la vitesse de rotation des moteurs via des codeurs à haute résolution et d'échanger des données avec d'autres robots ou dispositifs.

Fig.4:Kit de développement du robot FSLBOT

Fig.5 :Véhicule robotique RP6v2 avec ATMEGA32 MCU

Conclusions

Bien que la vitesse, la direction et l'impact de leur développement soient vivement débattus, la robotique et l'IA sont sans aucun doute là pour rester. Nous avons vu la richesse, l'innovation et la variété des technologies robotiques qui existent déjà. En outre, les exemples ci-dessus assurent un point d'accès simple aux ingénieurs et aux passionnés qui souhaitent explorer ce monde en plein développement. Étant donné l'étendue des conséquences possibles, bonnes ou mauvaises, de ces technologies, il est important que le débat soit élargi à autant d'opinions et de points de vue que possible.

Après tout, certains chroniqueurs s'inquiétant de l'accélération des fonctions pilotées par l'IA craignent que nous en perdions le contrôle.