De la robotique à l'humanoïde...

Qu'est ce que la robotique ?

Jusque dans les années 60, la robotique était plus un thème de science-fiction qu'une réalité. D'ailleurs le terme de "robotique" a été introduit dans la littérature en 1942 par Isaac Asimov dans son livre Runaround. Il y énonce les « trois règles de la robotique » qui deviendront par la suite les trois lois de la robotique.

Première loi : Un robot ne peut porter atteinte à un être humain ni, restant passif, laisser cet être humain exposé au danger.

Deuxième loi : Un robot doit obéir aux ordres donnés par les êtres humains, sauf si de tels ordres sont en contradiction avec la première loi.

Troisième loi : Un robot doit protéger son existence dans la mesure ou cette protection n'est pas en contradiction avec la première ou la deuxième loi.

Mais Asimov remettant sans cesse ces lois en question pour en montrer les limites, définit la loi zéro qui est la suivante: "Un robot ne peut porter atteinte à l'humanité ni, restant passif, laisser l'humanité exposée au danger." et a donc modifié sa première loi: "Un robot ne peut porter atteinte à un être humain ni, restant passif, laisser cet être humain exposé au danger, sauf quand cela s'oppose à la précédente loi."

Isaac Asimov est écrivain américano-russe. Il est né en janvier1920 et est mort en avril 1992.

Puis, après avoir été essentiellement un domaine de recherche scientifique, la robotique fait son apparition dans l'industrie. Aujourd'hui, elle commence à intégrer notre quotidien.

La robotique pourrait être définie comme l'ensemble des techniques permettant la conception, la réalisation de machines automatiques ou de robots.

Evolution de la robotique

L'horlogerie

Les clepsydres (horloges à eau) furent probablement inventées vers 1600 av. J-C. en Egypte. De simples bols percés dont l'écoulement régulier permettait une mesure rudimentaire du temps, elles furent perfectionnées en Grèce quelques siècles avant Jésus Christ, avant de constituer de véritables automates sophistiqués sous les civilisations chinoises et arabes du premier millénaire.

L'horlogerie est aussi le berceau des premiers automates dont nous avons la trace, le plus ancien conservé étant le coq automate des Trois Rois de l'horloge astronomique de la cathédrale Notre-Dame de Strasbourg.

Les automates

Ceux-ci sont généralement programmés à l'avance et permettent d'effectuer des actions répétitives.

L'un des automates les plus surprenants est certainement le canard digérateur de Jacques de Vaucanson (1738). Capable de boire, manger, cancaner et digérer comme un véritable animal, il fut malheureusement détruit dans un incendie au milieu du XIXème siècle et il n'en reste que des photographies.

Un automate : le "dessinateur-écrivain" d'Henri Maillardet qui fut quasiment détruit dans un incendie était capable d'écrire en anglais et en français, et de réaliser quatre dessins différents dont un temple chinois. Il a notamment inspiré Brian Selznick pour son livre : "L'invention de Hugo Cabret" dont Martin Scorsese s'est à son tour inspiré pour réaliser un film du même nom.

La cybernétique

Ici les automates ne se contentent pas d'effectuer des mouvements préprogrammés, mais interagissent avec leur environnement. Ces réalisations sont des robots, car elles ne se comportent plus comme de simples automates dont les organes moteurs, leurs mécanismes, n'obéissent qu'à un programme préétabli. À la différence des automates, ils ont des organes sensoriels. Les capteurs recueillent des informations concernant l'environnement et vont ,ensuite, influencer l'activité de leurs organes moteurs : les actionneurs. Ces robots sont donc bien plus autonomes que les automates mais nécessitent un investissement en temps de conception et en argent plus conséquent.

Quelques exemples de robots qui se guident grâce à la lumière:

Le chien électrique de Hammond et Miessner (1915),

Le renard de Ducrocq (1953)

Philidog, le chien de Henri Piraux (1928)

La tortue cybernétique de W. Grey Walter (1950) était équipée de capteurs tactiles et lumineux lui permettant d'explorer son environnement.

L'intelligence artificielle

En 1950, l'objectif de rendre les machines intelligentes a mené Alan Turing à définir une méthode afin de tester la présence d'une conscience ou d'une intelligence au sein d'une machine, nommée le "test de Turing". Celui-ci est fondé sur la faculté d'imiter la conversation humaine. Ce test consiste à mettre en confrontation verbale un humain avec un ordinateur et un autre humain à l'aveugle. Si l'homme qui engage les conversations n'est pas capable de dire lequel de ses interlocuteurs est un ordinateur, on peut considérer que le logiciel de l'ordinateur a passé avec succès le test. Cela sous-entend que l'ordinateur et l'homme essaieront d'avoir une apparence sémantique humaine. Pour conserver la simplicité et l'universalité du test, la conversation est limitée à un échange textuel.

Le test de Turing est discuté de nos jours, mais c'est certainement le fondateur du domaine de l'intelligence artificielle, tout comme les travaux de John McCarthy (inventeur du langage informatique appelé "Lisp" en 1958. "Lisp" est le plus ancien langage de programmation dit "de haut niveau" qui définissent le terme d' intelligence artificielle.)

En 1963, le programme "General Problem Solver" est un programme informatique créé par Herbert Simon, dans le but de construire un solveur de problème universel. Il préfigure l'apparition des systèmes experts tels que Dendral, en 1965 (qui permettait d'identifier les constituants chimiques d'un matériau à partir de spectrométrie de masse et de résonance magnétique nucléaire) et des programmes ou outils capables de reproduire les capacités d'analyse et de raisonnement de spécialistes, comme des démonstrations mathématiques, diagnostics, etc.

En 1970, le programme ETAOIN SHRUDLU qui est l'un des plus célèbres concernant l'intelligence artificielle. Il a été conçu par Terry Winograd en 1968-1970. Shrudlu (prononcé : chreudeul) est le premier programme de simulation du « monde des blocs ». C'est aussi le premier programme qui comprenne des ordres complexes en langage naturel, et qui sache exécuter ces ordres.

L'environnement très simple de ce programme donna de faux espoirs quand à la faisabilité d'un programme intelligent dans des situations plus complexes de la réalité.

Alan Turing était un mathématicien, cryptologue et informaticien anglais. Il est né en juin 1912 et mort en juin 1954.

John McCarthy était l'un des principaux pionniers de l'intelligence artificielle avec Marvin Lee Minsky. Il est né en septembre 1927 et en mort en octobre 2011. Il était américain.

Terry Winograd est un professeur d'informatique à l'Université Stanford. Il est né en février 1946 (et est encore en vie).

Herbert Simon était un économiste et sociologue américain. Il est né en juin 1916 et est mort en février 2001.

Les rovers

Ce sont des véhicules destinés à explorer la surface de planètes de façon quasiment autonome, effectuer des mesures et prélever des échantillons. Les rovers (ou astromobiles) furent développés par les russes dès les années 1960, tel que le Lunokhod 1.

La Nasa développa aussi des rovers à partir de 1970 dans le cadre du programme Apollo.

Sojourner explora la planète Mars en 1997 et
Curiosity en 2012.

Les animats

Ces animaux artificiels sont l'objet d'une branche particulière de la cybernétique dont l'objectif est de copier les mécanismes du vivant. Si le terme animat ne fut définit qu'en 1985 par S.W. Wilson, en revanche les machines inspirées du vivant ont de tous temps stimulé les artistes et savants.

On attribue par exemple à Archytas de Tarente (IVème siècle av. J-C.) le robot considéré comme le premier de l'histoire de l'humanité, bien avant les premières horloges et automates dont nous avons des traces physiques : un pigeon de bois capable de voler, propulsé par de la vapeur. Aucun vestige, aucune photo ou représentation fidèle de ce mécanisme n'existe toutefois.

Léonard de Vinci aurait aussi construit un automate de lion, présenté à la cour de François Ier en 1515. Une réplique à été reconstituée en 2010 à partir de bribes d'informations.

Le canard de Vaucanson en est certainement un autre exemple. Bien plus récemment (1990-2001)

On peut aussi mentionner Brachiator, un robot reproduisant la brachiation du Gibbon se déplaçant de branche en branche.

Le robot serpent de Miller et le robot-gecko Stickybot capable de grimper aux vitres (2006) sont d'autres animats récents.

Les robots humanoïdes

Ce robot d'apparence humaine est constitué d'une structure mécanique : c'est le squelette du robot. Il faut faire particulièrement attention aux articulations car celles-ci doivent permettre un débattement assez important selon l'utilisation souhaitée.

Le second élément correspond aux servo-moteurs qui permettront au robot d'effectuer concrètement ses actions. Ces servo-moteurs sont commandés par la partie "commande" en interaction avec les informations fournies par les capteurs. Le terme "servo" signifie qu'il y a en effet un asservissement effectué, en fonction du résultat souhaité et de la réalité extérieure.

La troisième partie composante d'un robot représente les différents capteurs sensoriels équipant le robot, qui lui permettent de se repérer et donc d'adapter son attitude et ses actions au monde qui l'entoure.

Enfin le robot humanoïde a un "cerveau"; c'est la partie commande. Il va permettre au robot d'analyser les données provenant des capteurs et d'envoyer les ordres relatifs aux servo-moteurs. La partie commande est matérialisée physiquement par le micro-controleur.

Le micro-controleur est constitué de 4 éléments:

Le micro-processeur qui va traiter les informations et envoyer des ordres. Il est lui-même composé d'une unité arithmétique et logique (UAL) et d'un bus de données. C'est donc lui qui va exécuter le programme introduit dans le micro-contrôleur.
La mémoire de données (RAM ou EEPROM) dans laquelle seront entreposées les données temporaires nécessaires aux calculs. C'est en fait la mémoire de travail et qui est donc volatile.
Une mémoire programmable (ROM), qui va contenir les instructions du programme. Il s'agit ici d'une mémoire non volatile puisque le programme à exécuter est à priori toujours le même. Il existe différents types de mémoires programmables que l'on utilisera selon l'application. Notamment :

- OTPROM : programmable une seule fois mais ne coute pas très cher.

- UVPROM : on peut l'effacer plusieurs fois grâce aux ultraviolets.

- EEPROM : on peut l'effacer plusieurs fois de façon électrique comme les mémoires flash.

Les ressources auxiliaires. Celles-ci sont généralement :

- Des ports d'entrées / sorties parallèle et série.

- Des timers pour générer ou mesurer des signaux avec une grande précision temporelle.

- Des convertisseurs A/N (analogique(variance continue dans le temps) / numérique(variance discontinue dans le temps) pour traiter les signaux analogiques (signaux variant continûment dans le temps).

De plus, le robot humanoïde doit être composé de matériaux à la fois léger et résistant. L'aluminium et le plastic sont ainsi les matériaux les plus utilisées dans la production de ceux-ci.

Les exosquelettes

Qu'il soit biomécanique ou motorisé, ce squelette externe mécanique aurait de nombreuses applications : dans la médecine afin d'aider les personnes handicapées motrices à se déplacer, ou même dans le domaine militaire afin de rendre les soldats plus forts et endurants.

L'exosquelette biomécanique HAL (Hybrid Assisted Limb) détecte les intentions de mouvement pour les assister et permet de soulever des masses jusqu'à 10 fois plus lourdes. Il peut aider des personnes à mobilité réduite à retrouver l'usage de leurs jambes par un accompagnement dégressif.

L'exosquelette motorisé Rex, créé en 2010, consiste lui en de véritables jambes robotiques commandées par un Joystick et permet à une personne entièrement paralysée (paraplégie complète) de se déplacer, même si ce n'est encore qu'avec des mouvements relativement lents.

Quels ont été les robots humanoïdes d'hier, les premiers ?

Le premier robot humanoïde est probablement dû à Léonard De Vinci, qui présenta en 1495 un chevalier en armure capable de s’asseoir, relever sa visière et bouger ses bras. Après avoir découvert ses notes et schémas en 1950, une réplique fonctionnelle fut construite et exposée au musée de Berlin.

La maîtrise de la bipédie est certainement l’accomplissement le plus technique de l’histoire des robots humanoïdes.

Les robots humanoïdes vont continuer de se développer avec toujours plus d'améliorations:

WABOT-1, créé par l’université de Waseda, au Japon, en 1973, est le premier robot capable de se déplacer avec une marche bipède (de façon rudimentaire). Le Wabot-1 est issu du laboratoire du professeur Takanishi. Son nom vient de la contraction de Waseda et Robot.

WHL-11, développé par la société Hitachi, est créé en 1985. Il est capable de marcher sur une surface plate à la vitesse de 13 secondes par pas et de tourner.

Les premiers modèles expérimentaux de Honda sont nommés de E0 à E6 (1986-1993) et de P1 à P3 (1992-1997), ils sont capable de marcher comme un humain, de monter des escaliers et se rapprochent de plus en plus de l’apparence physique de l’être humain.