RobotiqueLES ROBOTS BIPEDES FONT LEURS PREMIERS PASImitant l'homme, les robots évoluent vers la bipédie. Ces machines ambulantes sont encore des curiosités de laboratoires surtout utilisées comme bancs d'essai technologiques. Mais certains automates japonais sont déjà de véritables humanoïdes.

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LES ROBOTS BIPEDES FONT LEURS PREMIERS PAS

Imitant l'homme, les robots évoluent vers la bipédie. Ces machines ambulantes sont encore des curiosités de laboratoires surtout utilisées comme bancs d'essai technologiques. Mais certains automates japonais sont déjà de véritables humanoïdes.

Deux millions d'années après l'homme, les robots deviennent bipèdes. C'est l'avènement du " Robot erectus ". Un caractère évolutif qui leur permettra d'être encore mieux adaptés à leurs fonctions : remplacer l'homme pour des tâches fastidieuses ou dangereuses. Les robots marcheurs s'adaptent en effet à tous les types de reliefs, contrairement aux robots à roues ou à chenilles, qui franchissent difficilement les obstacles. Lorsque l'environnement est conçu pour l'homme, avec ses dédales d'escaliers et de couloirs encombrés, la marche sur deux jambes est la plus indiquée.

Des bancs d'essai technologiques

D'où l'accélération des travaux sur les engins humanoïdes dans les laboratoires et chez les industriels. Au Japon, le Meti (ex-Miti) a débloqué 50 millions de dollars pour aider les entreprises à mettre au point de tels robots d'ici à 2003. Matsushita Electric, NEC, Omron, Sony dépensent annuellement des dizaines de millions de dollars. Et Honda a investi plus de 100 millions de dollars depuis le début de ses travaux dans le domaine. Aux Etats-Unis et en Europe, les études sont relancées dans les grands laboratoires et universités. A l'occasion du salon Robodex 2000, qui s'est tenu à Yokohama en novembre dernier, Honda a fièrement présenté Asimo, le dernier né de sa gamme de robots anthropomorphes. Cet automate de 1,80 mètre et 43 kilos, aux allures d'écolier avec un gros cartable sur le dos, ponctue quinze ans de développement, Honda ayant successivement sorti les robots P2 (210 kilos !), P3 (130 kilos), grands frères d'Asimo. Cette réussite technologique est saluée par les spécialistes de robotique européens et américains, même si la plupart ne partagent pas la vision japonaise des robots bipèdes comme compagnons pour l'homme. Hors de l'Archipel, les systèmes bipèdes sont plutôt considérés comme des bancs d'essai technologiques. Les connaissances fondamentales visées dans un premier temps doivent servir à plus long terme au développement d'engins assez fiables pour des utilisations industrielles. En France, l'Inria Rhône-Alpes et le laboratoire de mécanique des solides (LMS) de l'Université de Poitiers développent un robot bipède..., ou plutôt un bassin équipé d'une paire de jambes robotisées. Baptisé " Bip ", il a fait ses premiers pas dans un Youpala en mars 2000. " Bip est un programme de recherche fondamentale à trois grandes composantes ", détaille Eric Rutten, responsable du projet depuis que Bernard Espiau, le père du BIP, a pris la tête de l'Inria Rhône-Alpes. " En informatique, on travaille sur la programmation en temps réel , car le rythme d'exécution des mouvements est imposé par l'environnement dynamique. La commande, elle aussi très complexe, fait intervenir jusqu'aux forces de Coriolis. Côté mécanique, faire fonctionner un système articulé à 15 degré de libertés est en soit un défi. " En effet, apprendre à marcher n'a rien de simple, pour un automate. Entre autres contraintes, la bipédie impose un nombre élevé d'articulations dans un volume réduit. D'abord construit dans une version à 8 degrés de liberté (ddl), c'est-à-dire huit articulations, le BIP en possède maintenant quinze. Huit d'entre elles font appel à un système développé et breveté par le LMS : le mouvement de rotation du moteur est converti en une translation grâce à un système de vis à rouleaux satellites. Ce modèle à 15 ddl tient en équilibre sur un pied, mais ne marche pas encore. " En augmentant le nombre d'articulations, le mouvement est plus souple. Mais la complexité augmente avec la multiplication des moteurs à commander de concert ", explique Hervé Mathieu, responsable des moyens robotiques à l'Inria Rhône-Alpes. Une difficulté qu'a surmontée Honda. Son robot Asimo compte au total vingt-six ddl, dont douze dans les jambes (trois articulations de hanche, une de genou et deux de cheville). Les problèmes de stabilité ne sont pas moindres. L'essentiel des développements actuels consiste à faire tenir le robot en équilibre, statique ou dynamique. Ainsi, le Leg Laboratory, du MIT (Massachusetts Institute of Technology, qui étudie la marche humaine sur son robot M2 (là encore, un pelvis supporté par deux jambes), en a fait l'une de ses priorités. Comme BIP, M2 est équipé de capteurs mesurant les mouvements des articulations, les forces exercées par les moteurs et la pression sous les pieds. Mais il dispose, en plus, d'un capteur tridimensionnel qui, en simulant le fonctionnement de l'oreille interne, lui permet de garder son équilibre. M2 a fait un premier pas en juin dernier, et s'applique maintenant à en enchaîner plusieurs.

Encore difficile de sortir de la sphère académique !

Ces prototypes ne sont pas pour autant encore prêts à s'aventurer hors de la sphère académique. " Le bipède alliant mécanique, logiciel et commande dynamique est très intéressant d'un point de vue fondamental. Mais, comme pour tous les robots marcheurs, le besoin dans l'industrie est encore lointain ", explique Rodolphe Gelin, dont l'équipe, au sein du service de robotique et des systèmes interactifs du CEA, travaille sur les robots marcheurs à six pattes. " Nous avons proposé notre solution aux exploitants des installations nucléaires. Pour l'instant, elle ne se justifie pas économiquement dans ce domaine. Un robot à pattes ne serait indispensable que dans des cas très particuliers, avec une très faible probabilité d'occurrence. Dans la plupart des cas, un robot plus simple, à roues ou à chenilles, fera très bien l'affaire. "

La course à l'intelligence

Pour se distinguer de leurs homologues rampants, les bipèdes manquent sans doute encore d'intelligence. On sait faire marcher des machines dans des conditions prédéfinies, voire les faire jouer au football, comme le SDRX3 de Sony, qui vise avant tout le marché du jouet. Mais ces robots n'ont pas la capacité de prendre des décisions. " Il faudra doter l'engin d'assez d'intelligence pour qu'il puisse percevoir et s'adapter à l'environnement ", explique Eric Rutten. Le BIP sera à l'avenir doté de capteurs à ultrasons sur les genoux, lui permettant de prévoir la topographie du terrain. Un inclinomètre l'aidera à marcher sur un plan incliné. Même Asimo, qui pourtant est capable de prévoir en partie ses mouvements grâce à un gyroscope et à un capteur d'accélération sur le torse, devra, lui aussi, encore gagner en fonctionnalité, notamment avec des capacités de reconnaissance vocale et visuelle. Le Robot erectus évolue déjà vers le Robot sapiens.



Deux grands domaines d'application

Honda a mis quinze ans pour mettre au point son robot Asimo... Et certains sceptiques prétendent qu'il en faudrait autant pour lui trouver une utilité. Première idée retenue : il pourrait devenir guide de musée. A partir du mois d'avril, les réservations sont ouvertes pour qui souhaiterait louer ses services. Honda prévoit ainsi de louer une dizaine de robots la première année, pour un prix non divulgué. Plus généralement, les robots bipèdes japonais sont promis à des carrières dans le divertissement et dans l'assistance aux personnes, à domicile ou à l'hôpital.

Ailleurs dans le monde, ils sont plutôt pressentis pour des applications de robotique non manufacturière, de l'exploration à la maintenance industrielle en milieux hostiles, typiquement au coeur des centrales nucléaires. La modélisation de la locomotion humaine grâce aux robots marcheurs pourrait aussi trouver des applications en biomécanique, comme pour l'électrostimulation des muscles de personnes paralysées.