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Robotique de service dans un environnement humain

Interview de Christan LAUGIER

directeur de recherche et responsable de l'équipe E-motion de l'INRIA Rhône-Alpes (Grenoble)

<< Aujourd'hui, plutôt que de parler de robots, je préfère parler de « systèmes robotiques » ou de « technologies robotiques » que l'on intègre dans des machines et produits divers >>.

Date : 28/01/2011

Interview réalisée le 28 janvier 2011 par Boris Chabanel

L'équipe-projet E-MOTION a pour ambition de développer des modèles et des méthodes algorithmiques permettant à terme de construire des systèmes artificiels dotées de capacités de perception, de décision, et d'action suffisamment évoluées et robustes pour autoriser un fonctionnement de ceux-ci dans des environnements ouverts et dynamiques. Les principaux domaines d'application visés par cette problématique de recherche concernent l’introduction de systèmes robotisés évolués et sécurisés dans l’espace de la vie quotidienne.
Dans cet entretien, Christian Laugier explique que la caractéristique fondamentale du robot de service est qu’il est appelé à évoluer dans un environnement humain. A la tête de l’équipe E-Motion, il s’efforce d’adapter les capacité de perception et de décision du robot à ce milieu spécifique.
 Aujourd’hui, on parle de robotique de service pour désigner ce champ de la robotique qui se trouve en dehors des usines. Pour vous, que recouvre la robotique de service ?

Pour moi, c’est la nouvelle génération de la robotique. Différentes études montrent que la robotique industrielle ne sera plus le principal marché de la robotique. Elle sera largement détrônée par la robotique de service qui devrait exploser d’ici 20 à 30 ans. Si l’on en croit ces études, les robots et les technologies robotiques auront diffusée dans tout notre environnement personnel et professionnel, pour assister de nombreux gestes de notre vie. La robotique de service c’est avant tout la robotique qui s’adresse à monsieur tout le monde, avec cependant des produits qui ne seront pas forcément appelés
« robots ». La différence fondamentale avec la robotique industrielle est que le robot de service est appelé à intervenir dans un milieu qui n’a pas été conçu pour lui. Nous entrons dans l’ère du robot intervenant dans un environnement humain et en forte interaction avec les humains. Cette interaction peut être une simple coexistence pacifique, ou une coopération effective. En ce sens, le robot de service doit disposer d’une véritable capacité d’adaptation à son environnement et à l’humain. Les notions d’apprentissage, de mobilité et d’interaction naturelle et sûre avec l’homme sont ici essentielles.

La robotique de service ne concerne donc pas la robotique professionnelle non manufacturière (robot chirurgical, robot de surveillance, robot nettoyeur, etc.) ?

Comme il n’y a pas de définition très précise de la robotique de service, on peut être tenté d’élargir son périmètre. Toutefois, du point de vue de la recherche, on distingue généralement la robotique de service, dont la vocation serait essentiellement grand public, de la robotique d’intervention et de la robotique médicale. La robotique d’intervention renvoie aux robots utilisés dans les mines, les canalisations, les milieux hostiles (comme par exemple le sous-marin, l’espace, ou les environnements contaminés), le civil ou le militaire, où encore les robots de surveillance, etc. Quant à la robotique médicale, c’est encore autre chose dans la mesure où elle fait intervenir des médecins et conduit à intervenir sur le corps humain. On retrouve cette distinction au niveau des journaux scientifiques ou des conférences spécialisées, certains d’entre eux portant sur la robotique de service, d’autres sur la robotique d’intervention, et d’autres sur la robotique médicale.

Pour vous, quelles sont les caractéristiques fondamentales d’un robot, celles qui permettent de le distinguer dans l’univers des machines intelligentes ?

Il y a une définition assez classique qui consiste à dire un robot présente nécessairement trois caractéristiques : une capacité de perception de l’environnement, une capacité d’action sur le monde réelle, une capacité de décision autonome. Cela étant dit, la morphologie du robot peut être très diverse. Elle dépend largement de la fonction qui est assignée au robot.

La robotique peut-elle être assimilée aux systèmes dits intelligents ?

Aujourd’hui, sur certaines voitures, il y a des fonctions de sécurité ou d’aide à la conduite qui utilisent des technologies robotiques, des capteurs, de l’intelligence embarquée, etc. Pour autant, on n’appelle pas ces fonctionnalités des robots. Si on disait aux conducteurs qu’ils achètent des robots plutôt que des voitures, je ne suis pas sur qu’ils en achèteraient. Les conducteurs veulent bien recevoir une assistance à la conduite pour accroître la sécurité et le confort de conduite, mais ils souhaitent garder le contrôle du véhicule, même si certaines fonctions comme le freinage où la régulation de la vitesse sont de plus en plus automatisées. Il me semble qu’il y a encore une réticence à utiliser le mot robot pour certains produits technologiques socialement importants et soumis à une législation stricte, alors que l’on n’hésite pas à parler de « robot ménagers » pour des appareils qui n’avaient pas jusqu’à présent l’ensemble des caractéristiques que j’évoquais précédemment. Cela commence à changer avec la percée commerciale récente des robots aspirateurs, laveurs, ou tondeurs qui sont de plus en plus sophistiqués et performants. Il existe aussi beaucoup de systèmes automatisés qui intègrent des technologies robotiques, comme les métros automatiques où les systèmes de pilotage automatique des avions. Cela n’inquiète pas les usagers qui sont alors passifs vis-à-vis de ces systèmes.
Aujourd’hui, plutôt que de parler de robots, je préfère parler de « systèmes robotiques » ou de « technologies robotiques » que l’on intègre dans des machines et produits divers. De cette manière, on rapproche les robots des systèmes intelligents qui utilisent des briques robotiques.

Quelles sont les briques technologiques de la robotique qui ont le plus progressé ces dix dernières années ?

Les évolutions dans le monde de la recherche se sont accélérées. Il y a eu des progrès très importants qui ont été accomplis en terme miniaturisation, d’énergie, d’électronique, de puissance de calcul, de perception, de sécurité et d’informatique embarquée. Nous avons désormais les bases technologiques permettant de s’attaquer aux vraies questions que pose l’intégration du robot dans un environnement humain : l’autonomie, la compréhension mutuelle entre l’homme et le robot dans le respect de règles sociales et comportementales, la sécurité pour préserver l’homme de comportements potentiellement dangereux du robot, mais aussi la morphologie et la taille puisque les robots de petite taille ont plus de chances d’êtres acceptés que des robots plus imposants.

Quels freins technologiques majeurs reste-t-il à lever à l’avenir ?

Malgré les progrès réalisés, il reste encore beaucoup d’efforts à faire en matière de batteries. L’idée serait d’arriver à un robot autonome sur le plan énergétique en mobilisant les énergies renouvelables. Après, il y a aussi la question des performances qui doivent être améliorées et la question des coûts des composants qui doivent fortement baisser. Mais on avance dans le bon sens dans la mesure où l’on utilise de plus en plus de capteurs et de l’informatique embarquée dans des secteurs de plus en plus variés comme le ménager, le transport, la surveillance, et même les loisirs avec les jeux vidéo. Donc les couts sont orientés vers le bas et la technologie progresse rapidement.

Quel regard portez-vous sur les projets de robots humanoïdes polyvalents ? Sont-ils crédible sur le plan technologique ?

L’horizon est effectivement plus lointain. Aujourd’hui, le principal marché du robot humanoïde c’est d’abord celui des robots qui équipent les laboratoires de recherche. On a beaucoup décrié les japonais qui se sont lancé là-dessus il y a une vingtaine d’années. Mais aujourd’hui ils ont une réelle avance technologique dans ce domaine, et les progrès réalisés ont impactés d’autres domaines d’application de la robotique. D’autres pays s’y sont mis plus tardivement en Asie, aux USA et en Europe.. En France, il y a plusieurs équipes qui travaillent maintenant sur ces sujets en coopération avec le Japon, et une communauté scientifique s’est créée dans le cadre du GDR Robotique. Il faut aussi mentionner la société Aldebaran qui est fortement présente au niveau international sur ce secteur d’activité, et qui était présente dans le pavillon France de l’exposition universelle de Shanghai.
Ce qu’il faut bien voir, c’est que les travaux portant sur la robotique humanoïde ont déjà permis de faire des bonds en avant technologiques dans plusieurs domaines de la robotique.  

Avez-vous une idée des applications de la robotique de service qui ont le plus de chances de se développer dans les prochaines années ?

Les robots ménagers de type aspirateur, laveur, ou tondeur de pelouse sont déjà présents sur le marché, et les offres commerciales se multiplient. Les premières offres commerciales sont venues des USA, et ils y a maintenant de plus en plus de produits proposés par des firmes asiatiques.
A court terme, les robots de surveillance devraient se développer de façon significative dans la mesure où la technologie est bien adaptée et les coûts sont faibles. Les jeux vidéo intègrent aussi de plus en plus de technologies robotiques sur l’interaction. Dans le domaine du transport, il y a l’automobile qui intègre depuis quelques années des technologies robotiques pour accroître la sécurité et le confort de conduite. Je vais prendre un exemple. En 1997, nous avions développé à l’Inria un système d’assistance au parking permettant de garer automatiquement les véhicules. A l’époque, cela plaisait beaucoup aux chaines de télévisions mais pas vraiment aux constructeurs européens. Par contre les constructeurs japonais ont rapidement compris que cette technologie une fois intégrée dans un véhicule haut de gamme pouvait avoir un marché. Ainsi, Toyota a commercialisé au début des années 2000 les premiers véhicules ayant ce type de fonctionnalité, d’abord au Japon puis en Europe et aux USA. Comme une conséquence conjointe de l’évolution technologique de la dernière décennie et de la demande sociétale, on voit apparaître de plus en plus de systèmes d’assistance et de sécurisation de la conduite automobile, comme les systèmes de contrôle de trajectoire ou les systèmes permettant d’asservir un véhicule sur le véhicule qui le précède. Demain ces systèmes équiperont tous les véhicules.
A plus long terme, il y a le domaine de l’assistance à la personne, notamment pour les personnes âgées, qui devrait faire un bon en avant sous la poussée de la demande sociétale. Pour l’instant les solutions technologiques sont encore relativement peu développées, mais l’enjeu social et économique est extrêmement important. Il est par exemple très important de permettre aux personnes de rester chez eux le plus longtemps possible et dans les meilleures conditions possibles.

Pouvez-vous nous présenter la recherche robotique réalisée à l’Inria-Grenoble ?

La recherche robotique existe depuis longtemps à Grenoble, bien avant que l’Inria n’arrive dans la région. Au sein de l’Inria, nous fonctionnons en équipes-projet, qui sont souvent communes avec un laboratoire mixte CNRS/Université tel que le LIG à Grenoble. Nous présentons un projet et une équipe de recherche. Cette équipe s’engage alors dans un contrat de recherche portant généralement sur quatre ans et à l’issu duquel elle est évaluée par des experts externes. Suivant les résultats, l’équipe est autorisée à poursuivre son travail pour quatre ans. Ce processus peut être renouvelé encore une fois, la limite d’une équipe-projet étant fixée à douze ans. Jusque là, j’ai eu l’occasion d’animer plusieurs équipes de recherche robotique successives dont les domaines d’application ont évolué au fil du temps. Par exemple, nous avons déjà travaillé dans le passé sur la manipulation dextre, la programmation automatique des robots, les applications médicales et le jeu vidéo. Aujourd’hui, l’équipe E-motion, qui est la dernière en date, travaille principalement sur la robotique mobile et les véhicules intelligents, et commence à travailler sur le sujet de l’assistance à la personne.

Quels sont les axes de recherche de l’équipe E-Motion et quel est son ambition ?

Le principal défi auquel nous nous attaquons est celui de la conception et du développement de modèles permettant de contribuer à résoudre le vieux rêve des chercheurs en robotique, à savoir la conception de robots capables de partager l’espace de vie des humains. Dans ce cadre, notre ambition est de développer des modèles permettant à terme de construire des systèmes artificiels dotées de capacités de perception, de décision, et d'action suffisamment évoluées et robustes pour autoriser un fonctionnement de ceux-ci dans des environnements ouverts, dynamiques, et peuplés d’humains. Cela nous conduit à aborder trois classes de problèmes liés respectivement à la perception de l’espace et du mouvement, aux mécanismes de prise de décision pour la navigation autonome, et à la modélisation des comportements sensori-moteurs observés. Nous mettons l’accent sur la fonction de mobilité dans ces types d’environnements complexes, que ce soit dans le cadre d’applications d’aide à la conduite automobile ou dans celui de l’assistance à la mobilité des personnes.
Cela nous amène à étudier l’interprétation en temps réel des données fournies par des capteurs d’environnement. Nous avons été une des premières équipes à s’intéresser à la question de la capacité de perception du robot en environnement dynamique et incertain. Ceci conduit en permanence à interpréter la situation courante à partir des données bruitées et partielles fournies par les capteurs, mais aussi à se projeter dans le futur proche par des mécanismes de prédiction. C’est par exemple ce que fait tout conducteur de voiture, en décidant à chaque instant des actions de conduite à avoir afin d’éviter toute collision dans les secondes qui suivent. Cette problématique est primordiale pour l’intégration du robot dans un environnement humain qui est par définition fondamentalement incertain et en constante évolution.
Cette interaction étroite entre robot et humains nous conduit aussi à travailler avec des neurophysiologistes pour essayer de comprendre comment fonctionne l’être humain et éventuellement s’en inspirer. Par exemple, dans le cadre d’un projet européen, nous avons développé un modèle probabiliste des fonctions cognitives de représentation de l’espace et de navigation d’un humain, fonctions qui ont été ensuite validées expérimentalement par nos partenaires neurophysiologistes sur des personnes placées en environnement virtuel. Un autre volet de nos travaux concerne les fonctions  décisionnelles du robot, qui lui permettront de prendre en permanence les meilleures décisions sur les actions et mouvements à entreprendre, par exemple :  quelle trajectoire et vitesse de déplacement choisir pour atteindre de manière sûre l’objectif fixé ? comment éviter un obstacle fixe ou en mouvement qui menace le robot ? quelle est la meilleure action a réaliser dans les circonstances présentes ?...

Dans quelle mesure ces travaux de recherche robotique conduits à l’Inria donnent-ils lieu à des projets collaboratifs, à des transferts de technologies à l’échelle rhônalpine ?

Ce que l’on peut dire tout d’abord, c’est que les efforts de recherche de l’Inria se sont traduits par l’éclosion de plusieurs start-up qui ont permis la diffusion de nouvelles technologies dans le monde industriel. La première a été créée en 1982 et s’appelait ITMI (Industrie et Technologie de la Machine Intelligente) et concernait la vision, la robotique et l’intelligence artificielle. Cette société a été rachetée ensuite par Cap Gemini. Une autre start-up, Aleph Technologies, a été créée en 1989. Son activité portait sur le domaine de la CAO Robotique, avec comme domaines d’application la maintenance, l’intervention et la réparation robotisée de gros équipements comme des turbines ou des centrales nucléaires. Elle a par exemple développé un module de planification de trajectoires pour robots dans le logiciel CAO CATIA de la société Dassault System. Depuis, Aleph Technologies a été racheté par la société ALMA qui est basée à Saint-Martin d’Hères. Enfin, la dernière start-up en date s’appelle Probayes, et elle est spécialisée dans le développement de logiciels d’aide à la décision basés sur le calcul probabiliste. Les applications concernées sont très diverses : finance, maintenance préventive d’équipements, surveillance, gestion de la menace, ou encore assistance à la conduite automobile.
Par ailleurs, avec Probayes, nous travaillons également avec des partenaires industriels japonais, comme Toyota par exemple, avec lesquels nous avons conclus d’importants contrats de valorisation ces dernières années. La sollicitation initiale pour cela est venue de Toyota, qui visite régulièrement les principales équipes européennes et américaines, afin de rechercher les compétences et technologies qui les intéressent. Nous venons de terminer un contrat de quatre ans, et l’on enchaine sur un nouveau contrat de quatre ans, qui comprend à nouveau un volet recherche et un volet transfert. Les questions de propriété intellectuelles et de confidentialité restent cependant difficiles à négocier. Pour nous, il est important que ces recherches débouchent sur des publications, mais lorsqu’une entreprise comme Toyota souhaite breveter la technologie en question, cela conduit généralement à retarder les publications et à supprimer les parties critiques.
Concernant ces questions de transferts de technologie, les industriels français n’ont pas la même approche. Ils travaillent soit en interne sur les sujets sensibles, soit dans le cadre de projets collaboratifs européens ou nationaux avec l’ANR et les pôles de compétitivité. Nous travaillons aussi avec Renault et des constructeurs et équipementiers européens dans le cadre de tels projets. Les transferts de technologies se font généralement à travers les startups.

Si l’on parle justement de projet de R&D lancés dans le cadre de pôles de compétitivité, quels sont les partenariats actuels de l’Inria-Grenoble ?

Nous participons à de nombreux projets ANR dans le cadre de plusieurs pôles de compétitivités comme System@tic en Ile-de-France et Minalogic à Grenoble. Ces projets  nous amènent parfois à travailler avec l’Inrets à Lyon. Actuellement, avec Probayes et des partenaires français comme Renault et allemands comme Audi, nous sommes en train de déposer un dossier auprès de Minalogic et des pôles d’Ile de France. Il s’agit de travailler sur la définition de processus de normalisation et de certification de capteurs pour le monde automobile.
 
L’Inria-Grenoble-Rhône-Alpes est partie prenante du projet ROBOTEX de réseau national de plateformes robotiques qui vient d’être retenu dans le cadre de l’appel à projet EQUIPEX du Grand Emprunt. Quelle place occupe-t-elle dans ce projet et, plus largement, à l’échelle nationale et internationale ?

Nous sommes encore en pleine discussion. Le projet vient juste d’être retenu, et la contribution des uns et des autres est en cours de spécification. Sur le site Grenoblois, c’est GIPSA Lab qui est en charge de coordonner la contribution locale. Dans ce contexte, l’Inria participe aux thématiques Robotique humanoïde et Robotique mobile. L’INRIA fait également partie du GDR (Groupement de Recherche) Robotique mis en place en 2007 par le CNRS, et je fais partie du conseil scientifique du GDR.
Si l’on se place à l’échelle internationale, il est clair que les travaux de l’INRIA et du CNRS bénéficient d’une véritable reconnaissance au sein de la communauté scientifique. Nous participons à de nombreux comités internationaux. Par exemple, lorsque la principale conférence robotique, IEEE/RSJ Intelligent Robot and Systems, est venue pour la première en France, en 1997, c’était à Grenoble, et j’en étais le General Chair. La deuxième fois qu’elle est venue en France, en 2008, c’est une nouvelle fois l’INRIA Grenoble Rhône-Alpes qui l’a organisé avec l’INRIA Sophia-Antipolis  à Nice. Sur le plan des collaborations internationales, nous sommes leader sur de nombreux projets de recherche collaborative en Robotique, surtout avec l’Asie. Nous avons aussi mis en place en 1998 un laboratoire commun sur les véhicules intelligents à Singapour, ce qui a engendré pendant 6 ans de nombreux échanges fructueux. On peut aussi mentionner qu’un chercheur de l’INRIA Grenoble Rhône-Alpes a passé deux ans à Tsukuba au Japon, dans un laboratoire Franco-Japonais travaillant sur la robotique Humanoïde, ce qui a permis de jeter les bases d’une collaboration long terme bénéfique pour tous.

Existe-t-il un pôle robotique grenoblois et quel est sa spécificité à l’échelle nationale ?

Nous avons effectivement des relations avec les autres laboratoires grenoblois, et notamment avec le GIPSA Lab et le laboratoire TIMC, mais on ne peut pas dire que nous sommes engagés dans un partenariat de long terme vraiment structuré. Nous nous retrouvons sur certains projets ponctuels mais la collaboration reste encore à construire dans la durée. Autrement dit, pour l’heure, il n’existe pas de pôle robotique fédéré à l’échelle Grenobloise.
Si l’on brosse un tableau général, il y a donc de la robotique dans les laboratoires LIG auquel est aussi rattachée mon équipe, GIPSA, TIM-C, mais aussi au CEA LETI. Sur le plan thématique, le laboratoire TIM-C est reconnu comme l’un des principaux pôles nationaux en matière de robotique médicale. Le GIPSA Lab occupe quand à lui une position un peu différente dans la mesure où il est lié à l’automatique, et donc pas directement au GDR Robotique. Ses domaines de recherche en robotique concernent l’interaction humain-robot, la conception et le contrôle des mini drones, et le transport. Le CEA LETI est plus centré sur les technologies de capteurs et de localisation.

Globalement, quel regard portez-vous sur le potentiel technologique et industriel de la région Rhône-Alpes en matière de robotique de service ?

Il y a un vrai potentiel technologique en Rhône-Alpes. En revanche, les grands groupes industriels présents sur le territoire ne se sont pas encore positionnés sur le champ de la robotique de service. Celui-ci reste l’apanage de PME qui ont certes des savoir-faire reconnus mais dont la taille leur confère un caractère plutôt artisanal. Quand on voit la stratégie de Samsung ou de LG en Corée, ce n’est pas du tout la même chose. Elles ont fait de la robotique de service une priorité et se donnent les moyens de repenser en profondeur et de manière très rapide toute leur organisation, que ce soit au niveau des usines, de la formation du personnel, de l’embauche de scientifiques étrangers, etc.
Autrement dit, la visibilité industrielle de Rhône-Alpes dans le domaine de la robotique de service est aujourd’hui très faible alors que le territoire dispose d’une capacité de recherche reconnue. C’est en partie à cause de cette situation que certains projets de mise en place de systèmes de « transport individuel public propre » à base de petits véhicules électriques informatisés ont échoués, notamment à Grenoble. Ce fossé entre le potentiel recherche et le tissu industriel en la matière étonne souvent nos partenaires étrangers. Pour que cela change, il faudrait qu’il y ait une réelle volonté industrielle accompagnée d’un soutien politique.

Quelles actions des pouvoirs publics pourraient être favorables au développement de la robotique de service dans la région ?

Les collectivités pourraient jouer un rôle important en matière d’expérimentation grandeur nature. A ce titre, je regrette que l’on ne soit toujours pas parvenu à faire aboutir les projets de véhicules automatiques que l’on projette depuis les années 1990 à Grenoble, notamment sur la presqu’île scientifique. C’est d’autant plus dommage que les questions de mobilité occupent uns place importante dans les politiques locales. Les collectivités rhônalpines devraient mobiliser l’expertise présente localement pour expérimenter de nouveaux systèmes de transport !