La modélisation de la robotique sociale

Jeremie Dequidt, professeur à l’Université de Lille et membre du Centre de recherche en informatique, signal et automatique de Lille (CRIStAL – CNRS/Centrale Lille/Université de Lille), présente l’action structurée AS4 « Modélisation, simulation, multi-échelle et biomécanique » du programme de recherche Robotique organique (O2R). Il développe de manière transverse de nouveaux modèles et de nouvelles méthodes pour des robots socialement adaptés et capables de se conformer à leur environnement.

Votre projet a pour objectif principal de nourrir les autres projets en fournissant de nouveaux modèles et de nouvelles méthodes pour la conception, la fabrication et le contrôle de robots socialement adaptés. A-t-il déjà abouti à un modèle et/ou un outil utilisé auprès des autres projets et si oui, pourriez-vous détailler ?

Jeremie Dequidt : L’AS4 entretient des collaborations étroites avec plusieurs projets du PEPR O2R, en particulier l’AS1 et l’AS2. Parmi les objectifs structurants de l’action de soutien figure le développement de modèles — de robots comme d’interactions — entièrement différentiables, de sorte qu’ils puissent être calibrés efficacement à partir de données réelles ou intégrés directement dans des pipelines d’apprentissage automatique. Il s’agit là d’un défi scientifique de premier ordre pour la robotique déformable. Des résultats significatifs ont d’ores et déjà été obtenus sur la modélisation différentiable des contacts, notamment au sein de l’équipe Willow d’Inria Paris, autour des travaux de Justin Carpentier et Étienne Ménager — résultats qui bénéficient directement à l’AS2. Pour les autres verrous identifiés, les travaux en cours demeurent à un stade préliminaire et ne permettent pas encore d’alimenter les projets partenaires de manière substantielle.

Pour que les robots soient capables de se déformer ou de se conformer à leur environnement, vous recherchez des matériaux, des capteurs et des actionneurs récents et relativement peu étudiés dans la recherche en robotique. Quelles options s’offrent à vous à ce jour ? Et quel élément dans la nature (animal, végétal) vous inspire le plus pour les besoins en robotique socialement adaptée ?

J.D. : À ce jour, plusieurs directions sont explorées en parallèle pour doter les robots souples des capacités sensorielles et motrices nécessaires à une interaction physique sûre et adaptative avec l’humain. Sur le plan des actionneurs, les actionneurs pneumatiques à chambres déformables constituent une base technologique relativement mature, offrant des mouvements conformes et intrinsèquement sûrs, bien qu’ils imposent des contraintes d’encombrement liées à l’alimentation en air comprimé. Des alternatives fondées sur l’actionnement par câbles-tendons ou par alliages à mémoire de forme sont également envisagées pour des configurations plus compactes. À une échelle radicalement différente, des micro-robots dont les degrés de liberté reposent sur la manipulation de gouttes d’eau sont par ailleurs à l’étude au laboratoire FEMTO-ST (Guillaume Laurent et Antoine Barbot).

Sur le plan sensoriel, des travaux au laboratoire CRIStAL portent en particulier sur le développement de capteurs résistifs déformables, dont le principe repose sur la variation de résistance électrique induite par la déformation mécanique d’un matériau composite conducteur — typiquement un élastomère chargé de nanoparticules de carbone ou intégrant des conducteurs en géométrie serpentin. Ces capteurs présentent l’avantage d’être fabriqués par des procédés d’impression ou de moulage compatibles avec les géométries complexes propres aux structures souples, et d’offrir une réponse continue sur de grandes plages de déformation, là où les capteurs rigides conventionnels atteignent leurs limites mécaniques. Leur intégration au sein des structures robotiques ouvre la voie à une proprioception distribuée — condition nécessaire au contrôle en boucle fermée de systèmes dont la configuration interne ne peut être inférée par la seule cinématique de corps rigides.

Sur le plan de l’inspiration biologique, les micro-organismes nageurs — bactéries flagellées, spermatozoïdes ou ciliés — constituent une source d’inspiration particulièrement féconde pour la conception de micro-robots destinés à évoluer en milieu fluide. Ces organismes ont développé, au cours de l’évolution, des stratégies de locomotion remarquablement efficaces à faible nombre de Reynolds, régime dans lequel les forces visqueuses dominent largement les forces inertielles et où les principes de propulsion conventionnels deviennent inopérants. Des résultats significatifs ont d’ores et déjà été obtenus sur ces questions au LS2N, autour des travaux de Frédéric Boyer, Johann Hérault et Clément Moreau.

Vous mentionnez l’appui des méthodes d’intelligence artificielle ainsi que celle de l’interaction de l’utilisateur avec le robot souple et déformable. Que pensent les non spécialistes en robotique de ces méthodes (sociologie, psychologie cognitive, design, philosophie) et sur quels imaginaires et/ou réalités concrètes souhaitent-ils attirer l’attention des ingénieurs ?

Olivia Chevalier, post-doctorante en philosophie à l’AS4, nous répond :
Il s’agit d’une question à laquelle on ne peut répondre en bloc, pas seulement en raison de l’hétérogénéité des disciplines concernées, mais aussi de l’absence d’homogénéité des avis au sein d’une même discipline.

Pour les sciences cognitives, qu’un robot humanoïde plus « naturel » physiquement, grâce à la robotique souple (gestes, locomotions, etc.) et inter-subjectivement (échanges linguistiques, comportements, etc.) grâce à l’IA devienne probable constitue une promesse d’avancées significatives pour cette discipline. Grâce à ces robots, nous pourrions apprendre beaucoup de choses sur les humains : sur ce qu’ils ne sont pas, en les comparant aux robots, et sur ce qu’ils sont, en les observant dans leurs interactions avec les robots.

La sociologie s’intéresse d’une part à la fonction spéculaire des robots, c’est-à-dire à l’image qu’ils nous renvoient de nous-mêmes. Cette approche sociologique s’avère alors complémentaire de celle des sciences cognitives sur ce point. D’autre part, certains sociologues s’intéressent à la dimension anthropomorphique de notre relation aux robots : en projetant des propriétés humaines sur les robots, nous tendons à les humaniser. Cette tendance peut être évaluée par certains positivement, comme une remise en cause du naturalisme qui sépare nettement humains et non-humains, comme une sorte de passage salvateur à un rapport (néo)animiste au monde. Pour d’autres, cette tendance renvoie plutôt à un fantasme, à un brouillage des frontières qui relève d’une confusion intellectuelle.

Une des vocations du design en robotique est de faciliter le rapport humain-machine, leur interaction (IHM). Différents critères peuvent ou non entrer en conflit et être soumis à un arbitrage : design fonctionnel, esthétique, etc. Là aussi, la réflexion du concepteur prend en compte l’effet de la vallée de l’étrange pour trouver l’interface « juste » apte à faciliter la relation humains-machines.

La philosophie – discipline qui est censée prendre en compte tous les savoirs – tente d’articuler tous les aspects et problématiques qui précèdent. A ces questionnements, elle ajoute les enjeux éthiques : peut-on laisser les robots prendre des décisions ? Mais la responsabilité d’un robot a-t-elle un sens ? Sera-t-il nécessaire de fixer une limite à l’intégration des robots à notre société (entreprise, école, etc.) et à nos corps (prothèses, micro-robots délivrant des médicaments, etc.) ? Le devenir cyborg de l’humanité est-il un simple fantasme ou sera-t-il inéluctable ? Enfin, l’un des enjeux de l’insertion des robots dans des milieux naturels et ouverts est écologique : que penser du caractère énergivore des infrastructures nécessaires à cette insertion ?

Les imaginaires sur le fond desquels ces réflexions se tissent sont variés. Ils vont du robot comme simple instrument au robot détrônant l’humanité en termes de force, de robustesse et d’intelligence, en passant par un devenir hybride de l’humanité. Assister l’humain, le « complémenter » là où il est inférieur aux robots, semblent être des perspectives partagées et raisonnables, mais toujours tiraillées par notre rapport ambivalent aux robots, entre fascination et terreur..