Robotique

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La robotique est l'ensemble des techniques permettant la conception, la réalisation de machines automatiques ou de robots[1].

L'ATILF définit le robot de la manière suivante : « Appareil effectuant, grâce à un système de commande automatique à base de micro-processeur, une tâche précise pour laquelle il a été conçu dans le domaine industriel, scientifique ou domestique »[2].

De cette définition découlent deux interprétations. la première affirme qu'un robot est une machine, qui possède des capteurs, un système logique et des actionneurs. Il est matériel. La deuxième considère qu'un robot est un travailleur artificiel. Selon cette dernière acceptation, un robot peut être virtuel[3]. (Voir Bot informatique)

La robotique actuelle trouve des applications dans différents domaines : La robotique industrielle, la robotique domestique, la robotique médicale ou encore robotique militaire.

Nao, un robot humanoïde
Des robots industriels au travail dans une usine

Étymologie[modifier | modifier le code]

Isaac Asimov, écrivain

Le mot robotique est dérivé de robot. Selon le dictionnaire anglais Oxford, le mot robotique a été utilisé en version imprimée pour la première fois par Isaac Asimov, écrivain américain né en Russie, dans son récit de science-fiction Menteur!, publié en mai 1941 dans Astounding Science Fiction. Dans certains autres ouvrages d'Asimov, il affirme que la première utilisation du mot robotique était dans sa courte histoire Runaround (Astounding Science Fiction, mars 1942). Toutefois, la publication originale de Menteur! est antérieure à celle de Runaround de cinq mois, de sorte que le premier est considéré comme étant à l'origine du mot.

Asimov n'était initialement pas conscient d'avoir popularisé le mot. Il a supposé que le terme existait déjà, par analogie avec « mécanique » (comme « positronique » avec « électronique »), et d'autres termes similaires dénotant des branches de science appliquée[4].

Historique[modifier | modifier le code]

Schéma hypothétique de l'appareil digestif du canard de Vaucanson

L'histoire de la robotique commence avant les robots, avec l'automate. La différence fondamentale entre automate et robot est simple : l'automate obéit à un programme préétabli, que ce soit de manière mécanique ou électrique, alors que le robot dispose de capteurs et ses actions seront décidées par l'intermédiaire de son programme en fonction de l'environnement.

On peut également trouver des références bien plus lointaines d'humanoïdes artificiels : l'assistant mécanique fabriqué par Héphaistos dans la mythologie grecque ou encore les golems des légendes juives et nordiques.

Il faut attendre l'Antiquité pour voir apparaître les premiers automates : Héron d'Alexandrie est le précurseur des automates, avec ses réalisation dans les temples et théâtres au Ier siècle après J.-C.[5]

Viendront ensuite, pour ne citer que les plus connus, les inventions de Léonard de Vinci au XVIe ou celles de Jacques de Vaucanson au XVIIIe.

La robotique moderne commence au début du XXe. Le chien électrique conçu par Hammond et Miessner en 1915, les machines de Russell (1913) et de Stephens (1929), les tortues cybernétiques de William Grey Walter (1950), le renard électronique d'Albert Ducrocq (1953) ou l'homéostat de William Ross Ashby (1952). Ces robots sont, en général, des répliques simplifiées plus ou moins réussies d'animaux existants. Il s'agit, cependant, des premières réalisations de la reproduction artificielle du réflexe conditionné, encore appelé réflexe de Pavlov, qui constitue la base des comportements adaptatifs, lesquels sont à la base des comportements du vivant[6].

L'apparition de robots destinés à la guerre date de la Seconde Guerre mondiale, avec le Goliath, une mine téléguidée. Toutefois, il n'est pas autonome.

La robotisation de l'industrie commence dans les années 1960, dans le secteur automobile, puis va se répandre jusqu'à ce que l'on connaît aujourd'hui[7]

Les robots domestiques destinés au grand public, quant à eux, font leur apparition plus tard, au début du XXIe, avec par exemple les aspirateurs ou tondeuses autonomes[8].

Toujours au début du XXIe mais au niveau militaire cette fois-ci, se développent les tourelles automatiques sur les navires de guerre, les appareils volants sans pilotes (voir drone), l'exosquelette motorisé ou encore les "mules" (BigDog en est un exemple).

Robot[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Robot.

Un robot est un système alimenté en énergie qui évolue dans un environnement statique ou dynamique, il est formé d'un microcontrôleur ainsi que d'un ou plusieurs capteurs et actionneurs.

La conception d'un robot se base sur son cahier des charges. Elle comprend l'analyse du comportement souhaité pour le robot et sa synthèse théorique, à l'aide notamment des théories d'asservissement, ainsi que l'implémentation logicielle et matérielle du robot.

La structure d'un robot est contrôlée de manière à effectuer une ou un ensemble de tâche. Ce contrôle inclut trois phases distinctes qui se répètent en boucle : la perception, le traitement et l'action. Un robot fonctionne par l'exécution continue d'un programme informatique constitués d'algorithmes. Ce programme est écrit dans un langage de programmation dont la nature est choisi par le constructeur.

La phase de perception est assurée par l'utilisation de capteurs. Ces derniers donnent une information à propos de l'environnement ou des composants internes (p.e. position d'un moteur ou d'un vérin, état d'une LED). Cette information est utilisée pour calculer l'ordre approprié à envoyer aux actionneurs.

La phase de traitement est assurée par un microcontrôleur, elle peut varier en complexité. À un niveau réactif, un robot peut traduire l'information brute d'un capteur directement en commande d'un actionneur. (p.e. un arrêt d'urgence ; si un obstacle est détecté alors arrêt des moteurs). Avec des tâches plus sophistiquées, il faut utiliser des algorithmes. On peut entre autres utiliser des opérations mathématiques simples ou complexes, la trigonométrie, des conditions (si…alors…) et d'autres outils dépendants du langage utilisé.

La phase d'action est réalisée à l'aide d'actionneurs.

Recherche en robotique[modifier | modifier le code]

Un exosquelette biomécanique

Les institutions les plus connues dans la recherche en robotique sont : Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), aux États-Unis ; National Robotics Initiative (NRI), aux États-Unis ; Centre national de la recherche scientifique (CNRS), en France ; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (NIAIST), au Japon. Auxquels il faut ajouter des universités, laboratoires privés et entreprises de beaucoup de pays.

Les défis des chercheurs portent désormais sur les points suivants (liste non exhaustive) :

Microrobotique et les nanorobots[modifier | modifier le code]

Articles détaillés : microrobotique et nanorobot.

Ils sont un champ d'étude en plein essor. La compréhension des phénomènes physiques dans la manipulation à l'échelle du micromètre et la miniaturisation des mécanismes sont d'un intérêt crucial pour la micro-ingénierie. Les recherches concernent aussi bien les capteurs, que les actionneurs et les préhenseurs. Ces robots miniatures pourraient avoir un rôle significatif en matière de santé.

La bipédie[modifier | modifier le code]

De nombreux roboticiens se concentrent aujourd'hui sur la locomotion humaine et animale. C'est une problématique difficile étant donné que le mouvement de la marche est non linéaire. La tendance au début de ces recherches était alors de copier la flexibilité, la robustesse et l'adaptabilité des insectes.

Interaction homme-robot[modifier | modifier le code]

Les recherches visent à mieux intégrer les robots dans l'environnement humain ce qui est aussi étudié par les interactions homme-robot.

Robotique médicale[modifier | modifier le code]

Elle est également très active. De nouveaux robots sont développés pour la chirurgie mini-invasive et la téléchirurgie. De nouvelles techniques sont exploitées, comme les actionneurs AMS (alliages à mémoire de forme), la microrobotique et les interfaces haptiques. Des algorithmes d'analyse d'images sont développés dans la même voie.

Cyborgs[modifier | modifier le code]

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Article détaillé : Cyborg.

Ils font leur apparition : des humains souffrant d'un handicap physique se sont fait greffer des jambes ou avant-bras robotiques, contrôlés par leur cerveau. Bien que les résultats soient impressionnants, ce type d'opération reste extrêmement rare.

Exploration sous-marine et spatiale[modifier | modifier le code]

La recherche s'est aussi orientée vers la navigation, la localisation et la planification de trajectoire. L'exploration sous-marine et spatiale sont des domaines où la robotique est d'une grande utilité.

Robotique modulaire[modifier | modifier le code]

Le but de la robotique modulaire est d'arriver à obtenir des robots composés de plusieurs unités qui s'auto-organisent par le biais de reconfigurations dynamiques matérielles (hardware) (FPGA reconfigurables dynamiquement ) ou logicielles (software), afin de coopérer à l'instar des cellules qui s'auto-assemblent pour former des tissus, des organes et finalement un corps tout entier et de même pour qu'ils répondent à nos besoins. Aussi, la reconfiguration de ses unités permet une adaptation du robot à son environnement qui peut varier selon les tâches qu'on lui attribue.

Vision[modifier | modifier le code]

Les développements futurs concernent aussi la vision robotique, notamment dans le but de concevoir des véhicules « intelligents », ou des robots de surveillance et d'exploration. L'exemple le plus parlant est celui de la Kinect, que de nombreux roboticiens réutilisent sur des robots.

Pilote automatique[modifier | modifier le code]

Alors que des pilotes automatiques sont installés depuis longtemps dans des aéronefs, la recherche ayant pour but de concevoir des véhicules terrestres grand public robotisés se heurte à de nombreux défis. La localisation, même par GPS différentiel, n'est pas toujours suffisamment précise d'où, dans certains cas, l'utilisation de centrale à inertie. Les progrès dans les techniques de reconnaissance d'objets à partir d'images alliées à l'intelligence artificielle rendent les réalisations de plus en plus convaincantes. Le but du DARPA Grand Challenge est de mettre en compétition divers véhicules de ce type.

Article détaillé : Voiture automate.

Cognition[modifier | modifier le code]

Une voie de développement importante concerne l'apprentissage des robots. Les robots actuels ne savent généralement pas s'adapter à une nouvelle situation car on ne leur a pas donné la possibilité d'apprendre et d'améliorer leurs comportements. Pourtant, des techniques d'apprentissage existent. Un peu comme le ferait un enfant, un robot pourrait donc apprendre de nouveaux comportements et s'adapter à des configurations non prévues au départ. Cet axe de recherche est actuellement en plein essor. On parle de cognition voire d'Intelligence artificielle.

Marché de la robotique[modifier | modifier le code]

Dans le monde[modifier | modifier le code]

Un Roomba, aspirateur autonome de type robot de service qui s'est déjà vendu à plus de 5 millions d'exemplaires
Année Robots industriels vendus
1998 69 000
1999 79 000
2000 99 000
2001 78 000
2002 69 000
2003 81 800
2004 97 000
2005 120 000
2006 112 000
2007 114 000
2008 113 000
2009 60 000
2010 118 000
2011 166,000[9]

En 2011, le nombre total de robots industriels en service est estimé à 1 035 000 produits et 15,7 milliards de dollars. Le marché 2011 représente un chiffre d'affaires de 5,7 milliards de dollars.[réf. nécessaire]

Le marché de la robotique professionnelle (médical, logistique ou défense), en 2011, a un CA de 3,2 milliards de dollars. On peut donner une approximation avec 10 000 robots vendus chaque année.[réf. nécessaire]

Enfin, la robotique domestique représente le plus gros volume en termes d'unités vendues avec une moyenne de 2 000 000 par an[10]. Aujourd'hui[Quand ?], on peut acheter dans le commerce des robots aspirateurs, tondeuses, ou encore nettoyeurs de carreaux.

En France[modifier | modifier le code]

En France, le nombre de robots industriels est d'environ 34 000, ce qui est beaucoup moins que son voisin Allemand qui en compterait 144 000.[réf. nécessaire]

Au niveau de la robotique de service (robots domestiques, de loisir, d’assistance à la personne et à l’éducation) en France, on estime le chiffre d'affaires à 500 Millions de $ par an d’après Syrobo.[réf. nécessaire] Aujourd’hui il existe plus de 200 entreprises «constructeur» dans la robotique et des dizaines de milliers dans les fabricants[11].

Des fonds d'investissement commencent à apparaître, comme celui de Bruno Bonnell, ancien PDG d'Atari et dirigeant actuel de Robopolis à Lyon. Il lance ROBOLUTION CAPITAL, un fonds d'investissement spécialisé dans la robotique. Grâce à un partenariat avec Orkos Capital et la participation de la caisse des dépôts, il pourra injecter entre 300 000 et 3 millions d'euros dans la filière[12].

Compétitions de robotique[modifier | modifier le code]

Logo Eurobot
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Article détaillé : Compétitions de robotique.

Chaque année, de nombreuses compétitions de robotique s'effectuent à travers le monde.

En France, il y a plusieurs compétitions qui se distinguent par leurs approches (collaboratif ou compétitif) et l'âge des participants.

Les plus connues sont la coupe de France de robotique (robot autonome, niveau école d'ingénieur) et les Trophées de robotique (robot filoguidé, niveau école secondaire). Ces deux manifestations ont été médiatisés via l'émission de télévision E=M6. Les Trophées de robotique se déroulent en février sur toute la France, et, la coupe de France de robotique se déroule sur quatre jours au mois de mai dans la ville de La Ferté-Bernard (Sarthe). L'engouement international pour ces deux compétitions française ont ensuite fondé au niveau européen Eurobot et Eurobot Junior.

Enjeux éthiques et de responsabilité[modifier | modifier le code]

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Éthique : Dans un contexte d'utilisation croissante de robots et de robots disposant parfois d'une relative "semi-autonomie" (de la tondeuse à gazon autonome aux drones sophistiqués, en passant par la rame de métro sans chauffeur, ou l'assistance à opération chirurgicale, éventuellement à distance, etc..), la notion de responsabilité juridique liée à l'utilisation de robots pourrait évoluer et poser de nouvelles questions éthiques, notamment en cas d'accident, d'impacts sur l'environnement ou la santé, voire en cas d'attaque volontaire (des robots sont déjà utilisé militairement et/ou pourront l'être pour des observations, enquêtes ou intrusions illégale, pour provoquer ou violemment réprimer des soulèvements, ou lors de troubles civils divers, incluant opérations de répression, guérilla ou contre-guérillas).

Pour le droit : Plus l'intermédiaire robotisé disposera d'autonomie, plus il pourrait à l'avenir bouleverser le droit international humanitaire et compliquer la tâche de juger de l'intention du fabricant, programmeur ou utilisateur d'un robot dont l'action aurait eu des conséquences dommageables pour des hommes ou l'environnement. Les tribunaux internationaux sont déjà compétents en termes de crime de guerre, crime contre l'humanité et génocides, mais la situation est plus complexes concernant le renseignement ou des accidents liés à des usages civils ou de robot en tant qu'arme non-létale destiné par exemple à séparer des adversaires dans une volonté de maintien ou rétablissement de la paix.

Enjeux prospectifs : Le robot qui se retourne contre son fabricant, n'est plus maîtrisé, ou prend une autonomie inattendue est un thème fréquent de la science-fiction, mais qui intéresse aussi les militaires, dont certains suggèrent qu'il serait utile de créer une « responsabilité du fait des choses » en Droit international public[13].

De nouveaux défis moraux et environnementaux sont également posés par les nanotechnologies et le développement plausible ou en cours de robots très miniaturisés comme les nanorobots, voire dans un futur proche les bio-nanorobots.

Conséquences de la robotique sur l'emploi[modifier | modifier le code]

La robotique est un élément essentiel dans de nombreux environnements de production modernes. Comme les usines augmentent leur utilisation de robots, le nombre d'emplois liés à la robotique est en constante augmentation[14].

Certains analystes, tels que Martin Ford, auteur de Les Lumières dans le tunnel: automatisation, technologie d'accélération et de l'Économie de l'avenir[15], affirment que les robots et autres formes d'automatisation finiront par se traduire par un chômage important à moins que l'économie soit conçue pour les absorber sans déplacer les humains, puisque les machines dépassent la capacité des travailleurs à accomplir la plupart des emplois. À l'heure actuelle l'impact est le plus important sur les emplois subalternes et répétitifs, et il y a un impact positif sur le nombre d'emplois de techniciens hautement qualifiés, d'ingénieurs et de spécialistes. Toutefois, ces emplois hautement qualifiés ne sont pas en nombre suffisant pour compenser la baisse de l'emploi dans la population générale.[réf. nécessaire]

Parallèlement ce sont les technologies directement voisines, celles de l'intelligence artificielle et du traitement de l'information qui amènent certains à craindre pour des fonctions considérées elles-mêmes comme qualifiées, au sein de certains secteurs, qui ne font généralement pas impliqués dans la production industrielle[16]. Dans l'industrie selon la théorie économique classique[Laquelle ?], ce devrait simplement provoquer une augmentation de la productivité des industries concernées ; ce qui augmente la demande de bien d'autres, et donc une demande de travail plus élevée dans ces secteurs. La théorie conventionnelle[Laquelle ?] décrit le passé ainsi, mais ne peut pas décrire des scénarios futurs en raison de changements dans les valeurs des paramètres qui façonnent le contexte.

Philosophie et mouvements liés à la robotique[modifier | modifier le code]

H+, un symbole du transhumanisme
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Ces courants de pensée qui suivent font partie du monde de la robotique et de ses fantasmes. Bien que des études sérieuses aient pu être menées sur ces sujets[Lesquelles ?], ils sont à prendre avec les plus grandes précautions et peuvent être considérés dans certains cas comme de pseudo-sciences voire sectes.

Transhumanisme : Le transhumanisme est un mouvement culturel et intellectuel international prônant l'usage des sciences et des techniques afin d'améliorer les caractéristiques physiques et mentales des êtres humains. Le transhumanisme considère certains aspects de la condition humaine tels que le handicap, la souffrance, la maladie, le vieillissement ou la mort subie comme inutiles et indésirables. Dans cette optique, les penseurs transhumanistes comptent sur les biotechnologies et sur d'autres techniques émergentes.

Téléchargement de l'esprit : Le téléchargement de l'esprit (Mind uploading en anglais) est une technique hypothétique qui pourrait permettre de transférer un esprit d'un cerveau à un ordinateur, en l'ayant numérisé au préalable. Un ordinateur pourrait alors reconstituer l'esprit par la simulation de son fonctionnement, sans que l'on ne puisse distinguer un cerveau biologique « réél » d'un cerveau simulé.

Singularité technologique : La singularité technologique (ou simplement la Singularité) est un concept, selon lequel, à partir d'un point hypothétique de son évolution technologique, la civilisation humaine connaîtra une croissance technologique d'un ordre supérieur. Pour beaucoup, il est question d'intelligence artificielle, quelle que soit la méthode pour la créer. Au-delà de ce point, le progrès ne serait plus l’œuvre que d’intelligences artificielles, elles-mêmes en constante progression. Il induit des changements tels sur la société humaine que l’individu humain d’avant la singularité ne peut ni les appréhender ni les prédire de manière fiable. Le risque en est la perte de pouvoir humain, politique, sur son destin.

Éducation[modifier | modifier le code]

Robotique pédagogique[modifier | modifier le code]

Le Intellitec 4u SCORBOT-ER - robot éducatif.

Les robots[17]sont devenus un outil éducatif populaire dans certains collèges et lycées, ainsi que dans de nombreux camps d'été pour les jeunes. Ils peuvent susciter l'intérêt dans la programmation, l'intelligence artificielle et la robotique chez les étudiants [18]. Sur la faculté de génie industriel du Technion un laboratoire pédagogique a été créé en 1994 par Dr. Jacob Rubinovitz [19] .

Formation professionnelle[modifier | modifier le code]

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Les universités offrent des baccalauréats, maîtrises et doctorats dans le domaine de la robotique. Les écoles professionnelles offrent de la formation de la robotique visant à faire carrière dans la robotique. [réf. nécessaire]

Camp d'été robotique[modifier | modifier le code]

Plusieurs programmes nationaux de camp d'été comprennent la robotique dans le cadre de leur cursus de base, y compris Digital Media Academy, RoboTech et Cybercamps. En outre, les programmes de robotique d'été de la jeunesse sont souvent offerts par les célèbres musées tels que le Musée américain d'histoire naturelle et Le Tech Museum of Innovation dans la Silicon Valley, en Californie, pour n'en nommer que quelques-uns.

En France l'activité robotique a été portée par l'association Planète Sciences, qui organise depuis les années 1990 des séjours de vacances robotique. Le règlement du concours international de la coupe de France de robotique est testé lors du séjour de vacances 15-18 ans nommé FuRoBaLex (Fusées, Robots et Ballons Expérimentaux).

Programmes parascolaires Robotique[modifier | modifier le code]

De nombreuses écoles à travers le pays ont commencé à ajouter des programmes de robotique à leur programme après l'école. Deux programmes principaux pour la robotique parascolaires sont Botball[20] et FIRST Robotics Competition.

De nombreux établissements para scolaires français, tels que les centres d'animations, les maisons des jeunes et de la culture, etc., proposent des ateliers de pratique pédagogique de la robotique. La ville de Paris propose des ateliers robotique[21] à l'année dans ses centres d'animations[22].

Les cyberespaces, les espaces publics numériques (EPN) et certaines centres de culture scientifique proposent également la pratique de la robotique pédagogique.

Depuis les années 2000 se développent en France les Hacklab et Fab lab, ces lieux sont des terrains propice à la pratique collaborative autour de projets robotiques amateurs.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. « Définition de l'atlif : Robotique »
  2. « Définition de l'atilf : Robot »
  3. « C dans l'air : Les robots sont parmi nous » Un reportage de France 5, 15/03/2012
  4. Mais le docteur est d'or (Titre original : Gold) Pocket, (ISBN 978-2-266-06926-7) page 235.
  5. « Documentaire : Les grandes découvertes de l'antiquité ? » Reportage de France 5, 21/06/2010
  6. « Document en anglais : A cybernetic zoo » , Joost Rekveld, 15/02/2007
  7. « Les robots industriels », Audrey Vautherot, 13/04/2007
  8. « Futura sciences : Les robots domestiques, du rêve à la réalité » , Daniel Ichbiah, Dossier du 26/10/2009
  9. (en) « The continuing success story of industrial robots », International Federation of Robotics (consulté le 2012-11-11)
  10. « World robotics : Les chiffres » , Magazine World Robotics, 01/09/2011
  11. Panorama du marché de la robotique, blog needeo, 05/04/2011
  12. Usine nouvelle ; Le secteur de la robotique en France a un grand potentiel Usine nouvelle, 06/01/2012
  13. Réflexions juridiques sur les conflits opposant les robots et les soldats, Étude réalisée pour le Centre des Hautes Études de l’Armement, septembre 2004, « Résumé » (ArchiveWikiwixArchive.isGoogleQue faire ?). Consulté le 2013-03-30 (EPMES, / Voir page 7 sur 8))
  14. (en) Tommy Toy, « Outlook for robotics and Automation for 2011 and beyond are excellent says expert », PBT Consulting,‎ juin 29, 2011 (consulté le 2012-01-27)
  15. What will the economy of the future look like? Ford, Martin R., 2009
  16. « Des machines et des hommes », sur Les Échos (consulté le 27 juin 2013)
  17. http://www.intelitek.com/advanced-manufacturing/robotics/scorbot-er-4u/
  18. Virtual Reality Robotic Programming Software in the Technology Classroom Author(s): Geissler, Jason; Knott, Patrick J.; Vazquez, Matthew R.; Wright, John R., Jr. Source: Technology Teacher, v63 n6 p6 Mar 2004
  19. Liens vers le laboratoirede CIM et Robotique en Thaïlande http://archive.today/20121221204100/www.eng.mut.ac.th/industrial/Highlight_detail.asp?NewsID=34
  20. http://www.botball.org/Botball
  21. https://quefaire.paris.fr/all/robotique
  22. http://www.paris.fr/pratique/pratiquer-un-sport/centres-d-animation/les-centres-d-animation-parisiens/rub_8642_stand_54310_port_20455

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Wikiversité[modifier | modifier le code]

Robotique mobile différentielle[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]