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Robots en réseau

Par Cyril Fiévet, le 19/08/2004

I. Des robots-fourmis

Pendant longtemps, le robot était une machine de grande taille, fixée sur un socle et assurant des tâches précises, selon les ordres qu'on lui donnait. La nécessité de faire communiquer des robots entre eux constitue un véritable changement, qu'on peut voir comme une conséquence de l'évolution de la robotique : les machines deviennent plus petites, protéiformes, et leur intérêt provient souvent de leur capacité à se déplacer en terrain inconnu. Lachés dans un environnement naturel ou lointain, les robots communiquant prennent tout leur sens.

L'idée d'un nombre important de robots autonomes, communiquant entre eux ou avec un point central, n'est pourtant pas nouvelle. Les prémisses du concept ont été imaginé par Rodney Brooks en 1989, dans un papier devenu célèbre, intitulé "Fast, cheap and out of control : a robot invasion of the solar system" ("Rapide, bon marché et non-contrôlée : une invasion du système solaire par les robots", PDF, http://www.ai.mit.edu/people/brooks/papers/fast-cheap.pdf. L'article défend la thèse selon laquelle il est largement préférable de conquérir l'espace et de découvrir des planètes inconnues par le biais de milliers, voire de millions, de petits robots autonomes, plutôt qu'en envoyant un seul robot d'une taille imposante.

Rodney Brooks, co-fondateur de la société iRobot dont voici un exemple de création

L'article va à l'encontre des idées reçues et vaut même à Brooks les quolibets de ses confrères (Brooks dirige pourtant aujourd'hui le "Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory" http://www.csail.mit.edu, le plus gros laboratoire du MIT, regroupant 750 chercheurs et étudiants).

"Le caractère par essence redondant d'un nombre important de machines autonomes et indépendantes augmente la probabilité d'acquisition d'un grand nombre de données et, plus généralement, du succès de la mission", écrivait Brooks, comparant les travaux qui pourraient être menés par de tels robots à ceux d'une "colonie de fourmis", les machines pouvant signifier à tout moment, à destination d'un satellite en orbite autour de la planète visitée, "leur position et leur désir de communiquer les données recueillies".

Le concept a fait son chemin et de multiples projets de recherche sont désormais consacrés aux "robots Swarm", un terme générique (dérivé de l'anglais "to swarm" - grouiller, fourmiller), désignant des groupes composés d'un grand nombre de machines autonomes, mais qui sont capables de communiquer entre elles et d'adopter des comportements collectifs.

Sans surprise, on retrouve un "Projet Swarm" mené par la société iRobot, co-fondée par Rodney Brooks. Soutenu par la DARPA (Defense Advanced Research Project Agency), le projet "développe des techniques de programmation de groupes de robots autonomes", pouvant se composer de 10 à 10 000 machines. Un robot communique avec ses voisins via des signaux infra-rouges et peut déterminer leur position relative ou leur orientation. Le principe n'est pas seulement d'autoriser la communication entre deux robots, mais de faire en sorte que "des interactions locales se propagent dans l'ensemble du groupe de robots". On envisage aussi "que les robots pourront communiquer les uns avec les autres en laissant des marques de leur passage, une méthode souvent utilisée dans la nature".

La recherche en matière "d'essaims de robots" s'appuie en effet fortement sur le bio-mimétisme et en particulier sur la transposition dans l'univers des robots autonomes de modes de communication observés dans le monde des insectes.

Détail d'un Swarm-Bot

Le projet Swarm-Bots (http://www.swarm-bots.org, sponsorisé par la Commission européenne dans le cadre du programme Future and Emerging Technologies http://www.cordis.lu/ist/fet/home.html, qui implique quatre laboratoires de recherche européens : un en Belgique, deux en Suisse et un en Italie, cf. http://www.swarm-bots.org/index.php?main=1&sub=14), vise précisément à reproduire le comportement d'un ensemble de fourmis. L'idée est de concevoir une "colonie de robots", composée d'une trentaine de machines mobiles et autonomes. Outre les facultés de communication entre robots, l'ambition du projet tient à la conception des machines, qui doivent autant que possible ressembler à des fourmis. Ainsi le robot, bien qu'il se déplace sur roues et non sur pattes, et bien qu'il soit encore d'une taille supérieure à celle d'un insecte (11 cm de diamètre), peut s'adapter à des sols de natures diverses et accidentés. Il peut aussi saisir des objets, via un minuscule bras manipulateur, et transporter des charges sur son dos. Mais l'un des aspects les plus innovants du projet est sans doute la capacité des robots à s'auto-assembler de façon dynamique, comme les fourmis qui s'agrippent les unes aux autres pour parvenir à un endroit difficile d'accès ou pour transporter une charge particulièrement lourde. Constituant une sorte de train de robots, via des liaisons physiques souples ou rigides, les robots peuvent par exemple franchir ensemble des obstacles, par exemple un trou sur le terrain qu'ils ne pourraient franchir seuls. Pour communiquer, les robots disposent à leur circonférence de diodes émettant des messages sous la forme de couleurs distinctes, détectées par les robots voisins.

L'union fait la force : les Swarm-Bots s'accrochent entre-eux pour franchir un fossé

De la même façon, le laboratoire "Borg Lab" de l'université Georgia Tech (http://www.cc.gatech.edu/~borg/) vise à explorer la voie "de systèmes multi-agents de grande taille, incluant des humains, des robots et d'autres systèmes automatisés, capables d'une collaboration efficace dans un environnement bruyant et inconnu". Les recherches ont mené à la création de robots-fourmis, qui tracent des lignes sur leur parcours, à l'instar des fourmis réelles qui libèrent des phéromones pour marquer le terrain, à destination de leurs congénères. Mais le laboratoire s'est aussi distingué par l'étude approfondie de la "danse des abeilles", c'est-à-dire de la manière dont le mouvement des insectes est utilisé pour communiquer, par exemple pour indiquer l'emplacement de nourriture. Un mode de communication fondé sur le mouvement qui pourrait avoir des applications dans le monde des essaims de robots (http://www.cc.gatech.edu/~borg/biotracking/).

Au total, la robotique Swarm, bien qu'encore expérimentale, constitue un secteur de recherche particulièrement actif et dynamique. L'année dernière, le prestigieux prix Lemelson-MIT qui récompense les inventions les plus innovantes de l'année, était d'ailleurs remis à James McLurkin (http://zdnet.com.com/2100-1103-986190.html), un doctorant de 30 ans, considéré comme l'inventeur des essaims de robots, et ancien élève de Rodney Brooks...

Et la technologie semble avoir un bel avenir : "Les applications potentielle de la recherche portant sur le Swarm sont prodigieuses : exploration et cartographie en terrain hostile ou inconnu, analyse d'un terrain miné, détection d'une menace nucléaire, biologique ou chimique, ou simple surveillance...", expliquent les créateur d'iRobot. En dehors de ces applications ciblées, la robotique en essaim permet plus généralement "d'explorer de nouvelles voies en matière d'auto-organisation, d'auto-assemblage, ou de transformation de systèmes robotisés autonomes", comme l'expliquent les responsables du projet Swarm-Bots.