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Des étudiants canadiens testeront des essaims de robots à Polytechnique Montréal

Un groupe d'étudiants canadiens supervisé par le Pr Giovanni Beltrame de Polytechnique Montréal testera un essaim de robots qui pourraient un jour explorer la Lune et Mars.

Que sont les essaims de robots et pourquoi sont-ils importants?

Les essaims de robots reposent sur l'idée que de nombreux robots peuvent travailler ensemble de la même manière que des essaims d'abeilles, des volées d'oiseaux ou des bancs de poissons. La robotique en essaim peut être difficile à prévoir, car elle nécessite des langages de programmation et des outils de communication spécifiques.

Récemment, les robots en essaim ont la cote dans le domaine de l'exploration spatiale, car ils peuvent couvrir plus de terrain et accomplir des tâches impossibles à réaliser avec des robots individuels. En outre, avec un essaim de robots, si un des éléments vient qu'à ne plus fonctionner, les autres peuvent prendre le relai. Il n'y a pas d'« ateliers de réparation de robots » sur la Lune et sur Mars : il est donc important d'avoir des options de rechange.

Pour bien fonctionner, l'intelligence en essaim, aussi appelée intelligence distribuée, dépend de nombreux facteurs. Selon le Pr Beltrame, les robots en essaim doivent être robustes et fiables, capables de travailler en parallèle et de s'adapter au changement. Figurent parmi les autres facteurs clés les commandes décentralisées, l'absence de rôles prédéfinis et des interactions simples et locales.

Les robots, comme les humains, sont de toutes formes et de toutes tailles… et ont chacun des capacités bien à eux

Le projet des étudiants, du nom de Multi-Robot Autonomous Planetary Exploration, est réalisé au laboratoire MIST (en anglais seulement) (pour Making Innovative Space Technology). Il a été financé en 2019 par l'initiative Vols et investigations-terrain en technologies et sciences spatiales (VITES) de l'Agence spatiale canadienne (ASC), qui offre aux étudiants une expérience pratique des missions spatiales.

Les essaims de robots du laboratoire MIST sont constitués de petits robots indépendants de la taille d'une boite à chaussures à celle d'un four à micro-ondes. Ils sont de forme variée et certains ont même l'aspect d'un chien! D'autres robots sphériques ont été développés par le Pr David St-Onge de l'École de technologie supérieure de Montréal dans le cadre d'une subvention au titre de l'initiative VITES. Chaque robot présente des caractéristiques uniques, comme des membres munis de ressort, des caméras stéréoscopiques ou des lidars.

Les chiens-robots sont très doués comme chiens renifleurs et explorateurs

Les chiens-robots, comme Spot présenté en par Boston Dynamics, ont gagné le cœur des adeptes de technologie du monde entier. Il est tout à fait logique de concevoir et d'utiliser des robots ressemblant à des chiens. Après tout, les chiens ont évolué pendant des milliers d'années pour devenir agiles et se déplacer rapidement sur des terrains difficiles.

L'objectif final du projet du laboratoire MIST est d'envoyer des essaims de robots dans des tunnels de lave, à 20 ou 30 mètres sous la surface de la Lune, pour photographier et cartographier ces passages souterrains. On pense que ces tunnels ont été formés par de la lave qui s'est infiltrée sous la surface de la Lune et dont l'écoulement s'est ensuite interrompu, laissant derrière une cavité. Une fois déposés sous terre, les robots se disperseront et formeront un réseau local pour explorer les tunnels et constituer une carte. Pendant leur travail, les robots s'organiseront en fonction de leur emplacement, de la qualité des données et de la connexion au réseau.

L'équipe du laboratoire MIST avec son essaim de robots, dont un chien-robot! (Source : Caroline Perron.)

Comment les essaims de robots décident-ils de l'attribution des tâches? Et que se passe-t-il en cas de « désaccord »?

« La clé de la coordination des comportements de groupe, c'est le consensus. Générer des comportements basés sur le consensus : voilà l'essence même de tout notre travail. »

Pr Giovani Beltrame, directeur du laboratoire MIST.

Sous terre, les robots fonctionneront comme une démocratie. Ils voteront pour savoir quel robot fera quoi en proposant des tâches basées sur leurs compétences, leur puissance, leur capacité à se déplacer, la distance qu'ils peuvent parcourir, entre autres choses. Le robot qui répond le mieux à tous les critères d'une tâche proposée s'en chargera. C'est un peu comme ce que font les contrôleurs aériens, ou encore les entreprises comme Uber pour coordonner les conducteurs indépendants.

Comme les humains, les robots ne s'entendent pas toujours sur la façon d'accomplir leur travail. Dans l'espace, vu que le temps pour agir est limité, il faut trouver des moyens de résoudre les conflits. Plusieurs options seront utilisées pour mener à une décision, comme la sélection aléatoire ou un nombre prédéfini.

Tester des essaims de robots n'est pas une mince tâche, mais c'est incontournable

Une étudiante fait fonctionner un essaim de robots. (Source : Martin Primeau.)

Un lien de communication fiable entre les robots et l'opérateur est essentiel lors des missions multirobots. Si les liens de communication sont faibles ou intermittents, cela complique les choses. Le laboratoire MIST placera les robots dans un endroit éloigné où ils s'organiseront pour accomplir des tâches simples. Pendant que les robots s'affairent, les humains qui les commandent seront surveillés afin de recueillir des données sur la somme de travail qu'ils peuvent gérer en même temps. L'expérience visera à tester plusieurs types d'opérateurs, qui porteront un casque de réalité virtuelle : la dilatation des pupilles, la conductivité de la peau et le rythme cardiaque seront mesurés. La Pre Emily B.J. Coffey du Département de psychologie de l'Université Concordia a conseillé le laboratoire MIST sur les aspects psychologiques de ce travail.

L'équipe du projet au laboratoire MIST a été sélectionnée pour aller en Suisse en pour participer au rendez-vous international d'innovation technologique IGLUNA (en anglais seulement). Malheureusement, elle en a été empêchée en raison de la pandémie de COVID-19.

Ouvrir de nouvelles possibilités pour l'exploration spatiale

Dr. Pierre Allard est ingénieur en robotique à l'ASC. Il souligne que, dans le domaine de l'exploration spatiale, les essaims de robots offrent des possibilités intéressantes et inédites. « Le Canada est bien positionné dans le domaine de l'intelligence artificielle et jouit d'une solide réputation en robotique spatiale, comme en font foi le Canadarm de la navette spatiale ainsi que le Canadarm2 et Dextre à la Station spatiale internationale. De plus, des projets comme celui du laboratoire MIST inspirent les jeunes étudiants, la prochaine génération d'explorateurs de l'espace qui réaliseront les futures missions lunaires et martiennes. »

Les essaims de robots sont importants sur Terre aussi!

Bien comprendre l'intelligence en essaim peut nous aider sur Terre dans des situations où il faut de petits robots agiles. On peut les envoyer dans des endroits dangereux, comme dans des immeubles effondrés ou même des immeubles en feu pour y trouver et sauver des survivants. Ils pourraient aussi aider les agriculteurs à détecter et à traiter les dommages causés aux cultures, et même à repérer les nids d'oiseaux dans les champs pour les contourner. Les archéologues, quant à eux, pourraient s'en servir pour explorer des sites souterrains.

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