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

Sommaire

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 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).

Composition d'un robot[modifier | modifier le code]

Principe de fonctionnement d'un robot

Un robot est un système pouvant être modélisé de la manière suivante : Capteur ; Système de contrôle ; Actionneur.

Le capteur va envoyer une information, telle que la présence d'un objet ou une distance, cette information sera interprétée par le programme qui enverra un ordre à un actionneur, la plupart du temps à un moteur afin d'effectuer un mouvement, mais cela peut aussi être une LED, un haut-parleur…

Lorsque le signal passe d'un capteur au programme, on parle d'entrée. Inversement, lorsque c'est le programme qui renvoie un signal à un actionneur, on parle de sortie.

L'information peut prendre différentes formes : booléen (que l'on appelle aussi binaire ou encore TOR : tout où rien), analogique ou numérique.

L'ensemble Programme ⇒ Actionneur peut fonctionner en boucle ouverte, c'est-à-dire sans retour, sans connaissance sur l'état du système par le biais d'un capteur, ou en boucle fermée, avec un capteur qui informera le programme sur l'état du système et corrigera le signal de sortie si besoin. La branche de l'automatisme qui analyse le comportement de ces système de commande bouclé s'appelle l'asservissement.

Fonctionnement d'un robot[modifier | modifier le code]

Un grafcet

Un robot fonctionne par l'exécution d'un programme informatique qui traite les algorithmes écrits par le constructeur. Ce programme est écrit dans un langage de programmation dont la nature est choisi par le constructeur.

Un exemple de langage de programmation utilisable est le langage GRAFCET. Sur un cas simple (voir image) le programme se comporte comme suit :

  • Action 1 : Activer l'actionneur
  • Condition 1 : Le capteur détecte un obstacle
  • Action 2 : Arrêter l'actionneur
  • Condition 2 : Le capteur ne détecte plus rien

Puis le GRAFCET recommencera. Un petit système comme celui-ci comporte un capteur, un actionneur et un programme qui gère le tout[9].

Capteurs[modifier | modifier le code]

Des capteurs permettent aux robots de recevoir des informations sur l'environnement (présence d'un objet, température, luminosité…) ou sur les composants internes (comme la position d'un moteur ou d'un verrin). Cela est essentiel pour exécuter leurs tâches et calculer la réponse appropriée.

Capteurs de position[modifier | modifier le code]

Capteurs de contact[modifier | modifier le code]
Symbole d'un interrupteur ouvert
Capteur à établissement de masse

Les capteurs de contact envoient un signal dès qu'ils touchent quelque chose, à la manière d'un bouton. Ils peuvent fonctionner avec une certaine pression, une lamelle de métal établissant le contact entre les deux branches.

Si l'utilisation de ce dispositif simple n'est pas possible, pour des raisons d'isolation électrique notamment, il existe des capteurs à établissement de masse. Dans ce cas, le signal ne passe pas directement par l'interrupteur, mais l'interrupteur sert à faire contact avec une masse et le signal transite par un relais électromécanique.

Sur l'illustration ci-contre, les deux tensions sont de 5V et l'utilisation d'un tel dispositif semble a priori inutile. Mais dans le cas où la carte électronique ne pourrait pas recevoir un signal supérieur à une certaine tension ou si l'on veut détecter un contact avec un bâti métallique servant de masse générale, l'utilisation d'un interrupteur simple n'est pas possible.

Codeurs rotatifs[modifier | modifier le code]

Les codeurs rotatifs sont des capteurs de position angulaire. Le disque du codeur est solidaire de l'arbre tournant du système à contrôler ou d'un de ses éléments. Il existe deux types de codeurs rotatifs, les codeurs incrémentaux et les codeurs absolus.

Capteurs de proximité[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Capteur de proximité.
Capteurs capacitifs[modifier | modifier le code]
Article détaillé : Capteur de déplacement capacitif.

Les détecteurs de proximité capacitifs présentent l’avantage de pouvoir détecter à courte distance la présence de tous types d’objets, car sensibles aux métaux et aux non-métaux.

Dans ce cas, la tête de mesure de ces capteurs est formée d'un conducteur cylindrique et d'une enveloppe métallique coaxiale réalisant un condensateur de capacité fixe C1. Si une cible s'approche de l'extrémité des conducteurs précédents, elle constitue avec ces conducteurs deux autres condensateurs.

Ainsi, si le circuit est alimenté par un signal alternatif à une fréquence donnée, lorsqu'on approche une cible, la capacité du circuit change et le signal s'atténue. C'est cette atténuation que l'on mesure.

Capteurs inductifs[modifier | modifier le code]

Les capteurs inductifs produisent à l'extrémité leur tête de détection un champ magnétique oscillant. Ce champ est généré par une self et une capacité montée en parallèle. Lorsqu'un objet métallique pénètre dans ce champ , il y a perturbation de ce champ puis atténuation du champ oscillant. Cette variation est exploitée par un amplificateur qui délivre un signal de sortie ; le capteur commute.

Capteurs infra-rouge[modifier | modifier le code]

Également appelé capteur optique ou photoélectrique ;

Le capteur de proximité infra-rouge (capteur photoélectrique) se compose d'un émetteur de lumière associé à un récepteur. La détection d'un objet se fait par coupure ou variation d'un faisceau lumineux. Le signal est amplifié pour être exploité par la partie de commande.

Autres capteurs[modifier | modifier le code]

Caméras[modifier | modifier le code]
Article détaillé : Vision par ordinateur.

La vision par ordinateur est la science et la technologie des machines qui voient. Il s'agit d'extraire les informations à partir d'images (comme le fait la fameuse Kinect de la Xbox). Les données peuvent prendre plusieurs formes, telles que des séquences vidéo ou images.

Dans la plupart des applications pratiques de vision par ordinateur, les ordinateurs sont pré-programmés pour résoudre une tâche particulière, mais les méthodes basées sur l'apprentissage sont en train de devenir de plus en plus commun.

Les systèmes de vision par ordinateur s'appuient sur les capteurs d'image qui détectent le rayonnement (qui est généralement sous la forme de la lumière visible ou infra-rouge). Les capteurs sont conçus en utilisant la physique des solides. Le processus par lequel la lumière se propage et se reflète sur les surfaces s'appelle l'optique.

Les robots peuvent également être équipés de capteurs de vision multiples afin d'être en mesure de calculer le sens et la profondeur dans l'environnement. Comme les yeux de l'homme, des "yeux" robotiques doivent également être en mesure de se concentrer sur un domaine d'intérêt particulier, et aussi s'adapter à des variations dans l'intensité de lumière.

Il y a une sous-zone au sein de la vision par ordinateur où les systèmes artificiels sont conçus pour imiter le traitement et le comportement des systèmes biologiques, à différents niveaux de complexité. En outre, quelques-unes des méthodes fondées sur l'apprentissage développées au sein de la vision par ordinateur ont leur origine dans la biologie.

Capteurs de température[modifier | modifier le code]

Il s'agit de sondes dont le fonctionnement est similaire à celui des thermomètres.

Capteurs de pression[modifier | modifier le code]

Dans un capteur de pression, on mesure la force qui s'exerce sur la surface constante et connue S d'un corps d'épreuve.

RADAR[modifier | modifier le code]

Le radar est un système qui utilise les ondes radio pour détecter et déterminer la distance et/ou la vitesse d'objets tels que les avions, les bateaux, ou encore la pluie. Un émetteur envoie des ondes radio, qui sont réfléchies par la cible et détectées par un récepteur, souvent situé au même endroit que l'émetteur. La position est estimée grâce au temps de retour du signal, ce qui indique la distance, et la position angulaire de l'antenne. La vitesse est mesurée à partir du changement de fréquence du signal par effet Doppler.

LIDAR[modifier | modifier le code]

La télédétection par laser ou LIDAR, acronyme de l'expression en langue anglaise « light detection and ranging », est une technologie de télédétection ou de mesure optique basée sur l'analyse des propriétés d'une lumière laser renvoyée vers son émetteur.

La méthode la plus répandue pour déterminer la distance à un objet est basée sur le laser à impulsions. À la différence du radar basé sur un principe similaire, le lidar utilise de la lumière au lieu d'ondes radio. La distance à un objet ou à une surface est donnée par la mesure du délai entre l'impulsion et la détection du signal réfléchi.

SONAR[modifier | modifier le code]

Un sonar (acronyme de sound navigation and ranging) est un appareil, utilisant les propriétés particulières de la propagation du son dans l'eau pour détecter et situer les objets sous l'eau.

Actionneurs[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Actionneur.

Les actionneurs servent à effectuer différentes actions, différents ordres. Les ordres sont transmis par l'intermédiaire du système de contrôle via les sorties. Les différentes actions possibles sont :

  • Activer un moteur électrique afin de faire un mouvement (déplacement, bouger un bras, faire tourner une roue)
  • Activer une LED, une lampe ou un haut parleur
  • Activer un compresseur

Moteurs électriques[modifier | modifier le code]

Article détaillé : machine électrique.

Les moteurs sont, traditionnellement, les « muscles » d'un robot. Ils permettent de réaliser la plupart des mouvements d'un robot, bien que ce ne soient pas les seuls actionneurs capable de le faire bouger. Le mouvement créé est rotatif.

La grande majorité des robots utilisent des moteurs électriques. Généralement, les robots qui ont besoin d'être mobiles et autonomes utilisent des moteurs à courant continu synchrones (à balai ou brushless) puisqu'ils fonctionnent sur batterie et les moteurs à courant alternatif, mono ou triphasés sont plutôt réservés aux robots industriels.

Actionneurs linéaires[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Vérin.

Les actionneurs linéaires sont des verins. Ils sont généralement alimentés par air comprimé (vérin pneumatique) ou huile (vérin hydraulique).

Muscles artificiels[modifier | modifier le code]

À air comprimé[modifier | modifier le code]

Ce système de muscles repose sur des poches qui se contractent ou se décontractent lorsque de l’air comprimé leur est insufflé, reproduisant ainsi le comportement et la contraction d’un muscle naturel.

Filaire[modifier | modifier le code]
Article détaillé : Alliage à mémoire de forme.

Un fil à mémoire de forme se raccourcit quand il est chauffé. Il se comporte exactement comme un muscle lisse, stimulé par un courant électrique. A température ambiante, il s'étire sans grande résistance et reste ainsi dans cet état stable. En le chauffant (à 90 degrés C par une impulsion de courant électrique), il se contracte et reprend sa longueur initiale avec une grande force de traction et reste dans cet état stable après refroidissement.

Polymères électroactifs[modifier | modifier le code]
Article détaillé : Polymère électroactif.

Les polymères électroactifs, ou EAPS (Electroactive polymers) sont des polymères dont la forme ou la taille changent lorsqu'ils sont stimulés par un champ électrique. L'utilisation principale de ce type de matériau est la fabrication d'actionneurs et de capteurs. Une propriété intéressante des EAPs est qu'ils sont capables de grandes déformations, ainsi que de forces importantes. La plus grande partie des actionneurs actuels est fabriquée à partir de céramiques piézo-électriques. Ces matériaux sont certes capables de produire des forces très élevées, cependant leur domaine de déformation n'excède pas quelque pourcents. Durant les années 1990, il a été démontré que certains EAPs sont capables d'une déformation de 380 %, ce qui est très grandement supérieur à n'importe quelle céramique utilisée actuellement. Une autre application des EAPs est dans le développement de la robotique, dans le développement de muscles artificiels.

Moteurs Piezo[modifier | modifier le code]
Article détaillé : Moteur piézoélectrique.

La piézoélectricité (du grec piézein presser, appuyer) est la propriété que possèdent certains corps de se polariser électriquement sous l’action d’une contrainte mécanique et réciproquement de se déformer lorsqu’on leur applique un champ électrique. Les deux effets sont indissociables.

Les actionneurs et moteurs piézoélectriques tirent profit de l'effet piézoélectrique inverse : dans ces dispositifs, un champ électrique est utilisé pour commander une déformation ou un déplacement. On appelle actionneur piézoélectrique des actionneurs monoblocs contrôlables, utilisant la déformation induite par une tension électrique pour entraîner le déplacement. Les moteurs piézoélectriques se distinguent des actionneurs en ce qu'ils ne sont pas monoblocs mais composés de plusieurs parties mobiles entre elles.

Sources d'énergie[modifier | modifier le code]

Les robots autonomes sont alimentés par batterie d'accumulateurs, donc par un courant continu. Les batteries peuvent soit être rechargées via le secteur, soit à l'aide de sources disponibles dans l'environnement du robot (vent, énergie solaire). Certains robots sont programmés pour aller se recharger eux-mêmes si les batteries sont faibles.

Les robots n'ayant pas à se déplacer sont alimentés sur le secteur, que le courant soit continu, alternatif mono ou triphasé.

La carte électronique est forcément alimentée par le courant électrique, mais la source d'énergie des actionneurs peut également être pneumatique, hydraulique ou mécanique.

Déplacement[modifier | modifier le code]

Les robots industriels n'ont généralement pas besoin de se déplacer. Ce n'est pas le cas des robots de service et des robots autonomes. Ils doivent pouvoir s'adapter à leur environnement. C'est pour cela que différents types de modes déplacements sont utilisés.

À roues[modifier | modifier le code]

Segway au musée des robots de Nagoya.

Les robots à roues sont les plus simples à fabriquer. Il suffit de relier un moteur électrique à la roue via un train d'engrenages, ou un système poulies/courroies.

Les robots à deux roues motrices sont les plus fréquents, mais il existe également des robots à 3,4,6 roues motrices qui, associées à un système d'amortissement, permettent une meilleure adhérence et une plus large palette de terrains accessibles.

Certains robots n'ont que deux roues motrices, et sont hypostatiques. Ils gardent leur équilibre grâce à un gyroscope qui va détecter un déséquilibre et contre balancer à l'aide des moteurs.

On voit souvent des robots à roues dans l'exploration spatiale, bien que des robots à pattes soient en cours d'étude, ou dans les compétitions de robotique tels que le DARPA grand challenge ou eurobot.

À chenilles[modifier | modifier le code]

Robot SWORD utilisé par l'armée américaine

Les chenilles, comme celles que l'on peut voir sur les chars de combat, fournissent de plus grandes possibilités de franchissement que les roues. Par exemple, la supériorité des chenilles est flagrante pour franchir les fossés, ou les coupures de terrain.

Les chenilles se comportent comme si elles étaient faites de centaines de roues, donc elles sont fréquemment utilisées pour les robots de plein air et et les robots militaire, quand le robot doit se déplacer sur un terrain accidenté. Par contre, elles détériorent les sols (dans les virages) et elles ne sont guère adaptées à l'intérieur ou sur les tapis.

À pattes[modifier | modifier le code]

Les robots à pattes ont l'avantage de pouvoir s'adapter à la plupart des terrains.

La bipédie n'en est qu'un exemple, puisque l'on retrouve également des robots à 4, 6 ou 8 pattes.

À voile[modifier | modifier le code]

Le voilier autonome Vaimos

Les robots voiliers ont été développés principalement pour faire des mesures à la surface de l'océan. C'est le cas du robot Vaimos [10] réalisé par IFREMER et l'ENSTA-Bretagne. Puisque la propulsion des robots voiliers utilise le vent, l'énergie des batteries est uniquement utilisée pour l'électronique, la communication et les actionneurs (principalement le gouvernail et la longueur de l'écoute de la voile). Avec un panneau solaire, un tel robot pourrait théoriquement naviguer pendant une durée illimitée. Les principales compétitions de robots voiliers sont la WRSC (World Robotic Sailing Championship) qui se tient tous les ans en europe et Sailbot.

Sphériques[modifier | modifier le code]

Les robots sphériques se déplacent en roulant sur eux-mêmes, à la manière des droïdes de combat des star wars. Il existe également un robot hypostatique qui prend appui sur une sphère et se maintient en équilibre au-dessus de celle-ci[11].

Volants[modifier | modifier le code]

Les robots volants prennent trois formes, celles d'avions automatisés pour les drones par exemple, d'hélicoptères (quadrarotors) ou d'oiseaux (Smartbird).

Nageant[modifier | modifier le code]

Des robots poissons, méduses ou encore anguilles sont parfaitement étanches. Ils n'ont pas d'utilité à l'heure actuelle, si ce n'est à des fins de recherche.

Serpentant[modifier | modifier le code]

Il existe plusieurs robots serpent, aux capacités de franchissement assez impressionnantes (ils peuvent nager, grimper, et bien sûr ramper).

Grimpant[modifier | modifier le code]

Des robots sont capables de grimper aux murs, on peut par exemple citer :

  • RiSE qui, à l'aide de micro-griffes, peut s'accrocher à des surfaces rugueuses.
  • Le robot de SRI International qui utilise l'électro-adhésion
  • Celui de l'ETH de Zurich qui utilise de la colle HMA
  • TBCP-II se déplace grâce à des chenilles recouvertes par des coussinets adhérents
  • Paraswift ; Pour pouvoir progresser à la verticale sur le mur, le robot utilise un “Impeller” (ou Impellar), un tube avec un rotor à l’intérieur qui crée une différence de pression (effet de mini-tornade avec l’œil du centre “aspirant” le mur).

L'environnement d'interaction et de navigation[modifier | modifier le code]

Bien qu'un pourcentage significatif de robots aujourd'hui sont contrôlés par des humains ou fonctionnent dans un environnement statique, il y a un intérêt croissant pour les robots qui peuvent fonctionner de manière autonome dans un environnement dynamique.

Ces robots nécessitent une combinaison de matériel et logiciels de navigation pour traverser leur environnement. En particulier des événements imprévus, par exemple les personnes et les autres obstacles qui ne sont pas fixes, peuvent causer des problèmes ou des collisions. Certains robots très avancés tels que ASIMO ou NAO embarquent un ensemble matériel/logiciel particulièrement adapté à ce genre de situation.

Les voitures sans chauffeur sont capables de diagnostiquer l'environnement et par la suite de prendre des décisions de navigation basées sur ces informations. La plupart de ces robots utilisent un GPS, avec radar, parfois combinés avec d'autres capteurs tels que LIDAR, caméras vidéo, et les systèmes de guidage inertiels pour une meilleure navigation entre les points de route.

Interaction homme-robot[modifier | modifier le code]

Les robots sont des agents artificiels avec des capacités de perception et d'action dans le monde physique. Leur utilisation a été généralisée dans les usines, mais aujourd'hui, ils se trouvent dans les sociétés technologiquement les plus avancées dans des domaines critiques comme la recherche et le sauvetage, l'armée, la détection de bombes, l'exploration scientifique, le divertissement et les soins hospitaliers.

Ces nouveaux domaines d'applications impliquent une interaction plus étroite avec l'utilisateur. Les robots et les humains y partagent l'espace de travail, mais aussi des objectifs en termes de réalisation de tâches. Cette collaboration nécessite de nouveaux modèles théoriques. En effet la manière dont les ordres sont reçus devient primordiale dès lors que les robots évoluent dans un milieu domestique ou dans un autre environnement non-industriels.

Les personnes qui interagissent avec les robots peuvent avoir peu ou pas d'expérience dans ce domaine, l'interface doit donc être intuitive. Les auteurs de science-fiction supposent notamment que les robots seront capables de communiquer avec les humains par l'intermédiaire de la parole, plutôt que par une interface de commande. L'un des objectifs, lors de la fabrication d'un robot, est de construire une communication intuitive et facile avec le robot, par la parole, les gestes ou les expressions faciales, et de faciliter l'interaction sur un pupitre en utilisant une interface graphique plutôt qu'un terminal.

Système de contrôle[modifier | modifier le code]

La structure d'un robot est contrôlée de manière à effectuer une tâche. Ce contrôle inclut trois phases distinctes : La perception, la réflexion (ou le traitement) et l'action.

Les capteurs 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 peut varier en complexité.

À un niveau réactif, il 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.

Microcontrôleur[modifier | modifier le code]

Circuit imprimé complexe.
Article détaillé : Microcontrôleur.

Un microcontrôleur est par personnification le cerveau du robot, c'est dans ce composant que le programme est envoyé.

Le microcontrôleur est composé d'entrées reliées aux capteurs, de sorties reliées aux actionneurs, et des différents composants qui lui permettent d'appliquer les algorithmes (diode, amplificateur opérationnel, résistance, condensateur, transistor, circuit intégré, etc...).

Programmation[modifier | modifier le code]

Parmi les langages de programmation utilisés en robotique on peut citer le C, C++ et l'assembleur. La programmation est la partie de conception d'un robot qui consiste à écrire les différents algorithmes que le robot exécutera. Cette phase sert à traduire le comportement souhaité du robot, dans une configuration donnée, en langage exploitable par son organe de calcul, le plus souvent un microcontrôleur.

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]

Article détaillé : microrobotique.
Article détaillé : 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, en partie à cause de la puissance de calcul nécessaire[réf. nécessaire]. L'étude des robots à pattes a été menée depuis plusieurs décennies, surtout sur les robots hexapodes, quadripèdes, etc[réf. nécessaire]. La tendance au début de ces recherches était alors de copier la flexibilité, la robustesse et l'adaptabilité des insectes. Aujourd'hui[Quand ?] on assiste à une intensification de la recherche sur la locomotion bipède, qui est par nature dynamiquement instable, donc plus difficile à maîtriser. Mais les avantages sont considérables : progression dans la connaissance de la bipédie, meilleur franchissement d'obstacle et adaptation à l'environnement humain. Ainsi de nombreuses universités et entreprises, surtout japonaises, se sont lancées dans la construction de robots humanoïdes.[réf. nécessaire]

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 (ou encore Interaction homme-machine).

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]

Cette section ne cite pas suffisamment ses sources (février 2014). Pour l'améliorer, ajouter en note des références vérifiables ou les modèles {{Référence nécessaire}} ou {{Référence souhaitée}} sur les passages nécessitant une source.
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[12]

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[13]. 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[14].

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[15].

Compétitions de robotique[modifier | modifier le code]

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Article détaillé : Compétitions de robotique.

Chaque année de nombreuses compétitions de robotique s'effectuent a travers le monde, c'est un moment ou les passionnées peuvent échanger leur connaissances. La compétition la plus connue en France est certainement la coupe de France de robotique qui a ensuite fondé Eurobot mais il en existe bien d'autres.

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[16].

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[17].

Certains analystes, tels que Martin Ford, auteur de Les Lumières dans le tunnel: automatisation, technologie d'accélération et de l'Économie de l'avenir[18], 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[19]. 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]

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Le Intellitec 4u SCORBOT-ER - robot éducatif.

Les robots sont devenus un outil éducatif populaire dans certains collèges et lycées, ainsi que dans de nombreux camps d'été pour les jeunes.[réf. nécessaire] Ils peuvent susciter l'intérêt dans la programmation, l'intelligence artificielle et la robotique chez les étudiants [20]. Sur la faculté du Technion I & M un laboratoire pédagogique a été créé en 1994 par le Dr. Jacob Rubinovitz.[réf. nécessaire]

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.

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 et FIRST Robotics Competition.

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. « Le GRAFCET » [PDF]
  10. Jaulin L. et Le Bars F., « An interval approach for stability analysis; Application to sailboat robotics », IEEE Transaction on Robotics, vol. 27, no 5,‎ 2012 (lire en ligne)
  11. A Robot That Balances on a Ball
  12. (en) « The continuing success story of industrial robots », International Federation of Robotics (consulté en 2012-11-11)
  13. « World robotics : Les chiffres » , Magazine World Robotics, 01/09/2011
  14. Panorama du marché de la robotique, blog needeo, 05/04/2011
  15. Usine nouvelle ; Le secteur de la robotique en France a un grand potentiel Usine nouvelle, 06/01/2012
  16. 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))
  17. (en) Tommy Toy, « Outlook for robotics and Automation for 2011 and beyond are excellent says expert », PBT Consulting,‎ juin 29, 2011 (consulté en 2012-01-27)
  18. What will the economy of the future look like? Ford, Martin R., 2009
  19. « Des machines et des hommes », sur Les Échos (consulté le 27 juin 2013)
  20. 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

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]