Robot

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On nomme robot un dispositif mécanique accomplissant automatiquement des tâches généralement dangereuses ou pénibles pour un humain.

L'évolution de l'électronique et de l'informatique permet des traitements de plus en plus complexes. La définition de ce qui est comptabilisé ou non comme robot varie selon les pays considérés. Au Japon, par exemple, cette catégorie inclut à la différence de la France nombre de machines-outils programmables.

En dépit de leur coût élevé à l'époque (faute de microprocesseurs puissants produits en masse), les robots se sont imposés très vite, dès le début des années 70, pour certaines tâches comme la peinture des carrosseries automobiles, en atmosphère de vapeurs toxiques.

Historique

Origine du terme

Ce terme dérivé du mot robota (travail de serf, d'esclave en tchèque et dans les langues slaves. Ex: "robotnik", le travailleur, en polonais) a été introduit par l'écrivain tchèque Karel Čapek dans la pièce de théâtre R. U. R. (Rossum's Universal Robots) en 1920. Cette pièce fut jouée pour la première fois en 1921. Bien que Karel Čapek soit souvent considéré comme l'inventeur du mot, il a lui-même désigné son frère Josef, peintre et écrivain, comme l'inventeur réel.

Certains assurent que le mot robot a été d'abord utilisé dans la courte pièce Opilec de Josef Čapek (the Drunkard), publiée dans la collection Lelio en 1917. Selon la Société des Frères de Čapek à Prague, ce serait inexact. Le mot employé dans Opilec est automate, alors que Robot est apparu pour la première fois dans RUR.

Alors que les robots de Čapek étaient des humains organiques artificiels, le mot robot a été pris pour désigner des humains « mécaniques ». Le terme androïde peut signifier l'un ou l'autre, alors que cyborg (« organisme cybernétique » ou « homme bionique ») serait une créature faite de parties organiques et artificielles.

Le terme « robotique » a été introduit (dans la littérature) par Isaac Asimov dans le livre Runaround (1942). Il y énonce les « trois règles de la robotique » qui deviendront par la suite « les trois lois de la robotique ».

Antiquité

L'idée de personnes artificielles remonte vraisemblablement à la légende antique de Jason, qui, semant des dents de dragon, créa des soldats. Le mythe de Pygmalion, quant à lui, raconte comment la statue Galatée devint vivante. Dans la mythologie classique, le dieu des forges (Vulcain ou Héphaïstos) créa des serviteurs mécaniques, certains intelligents, d'autres en jeunes esclaves dorés, d'autres encore en forme de tables tripodes utilitaires mues par leur propre énergie. On peut citer aussi la légende hébraïque du Golem, un colosse d'argile animé par une magie kabbalistique; selon une autre lecture, le Golem serait composé de pierre ou de sable, ce qui évoquerait le silicium des microprocesseurs.

Renaissance

Le premier schéma d'un robot humanoïde fut l'œuvre de Léonard de Vinci aux alentours de 1495. Les carnets de Vinci, redécouverts dans les années 1950, contenaient des dessins détaillés d'un chevalier mécanique qui était apparemment capable de se lever, balancer ses bras, et bouger sa tête et sa mâchoire. Le plan était probablement basé sur ses recherches anatomiques compilées dans l'homme vitruvien. On ne sait pas s'il a tenté de construire ce robot (voir : robot de Léonard de Vinci).

XVIIIème et XIXème siècle

Le premier robot opérationnel connu fut construit par Jacques de Vaucanson en 1738, qui créa un androïde flutiste, ainsi qu'un canard mécanique capable de manger et déféquer. La nouvelle L'homme au sable d'Ernest Théodore Amadeus Hoffmann (1817) décrit une femme mécanique à l'allure de poupée, et Steam Man of the Prairies d'Edward S. Ellis (1865) exprime la fascination américaine de l'industrialisation. La vague littéraire sur les automates humanoïdes culmina avec l'Homme électrique de Luis Senarens en 1885.

XXème siècle

Lorsque la technologie arriva au point où l'on put prédire des créatures mécaniques (non ludiques), les réponses littéraires au concept de robot suscitèrent la crainte que les humains soient remplacés par leurs propres créations. Frankenstein (1818), parfois désignée comme la première nouvelle de science-fiction, est devenue un synonyme de ce thème. Lorsque la pièce de Čapek RUR introduisit le concept d'une chaîne de montage pilotée par des robots qui tentent de construire toujours plus de robots, le thème prit une consonance économique et philosophique, renforcée par le classique film Metropolis (1927), et les populaires Star Wars (1976), Blade Runner (1982) et Terminator (1984).

XXIème siècle

Bien que les clones ne soient pas des robots à proprement parler, le thème de l'opposition entre la créature et son créateur, à l'instar de Frankenstein, se retrouve dans un film comme The Island.

Industrie

] Les robots sont intensivement utilisés dans l'industrie, où ils effectuent sans relâche des tâches répétitives et avec rigueur. Dans les chaînes de montage de l'industrie automobile, ils y remplacent les ouvriers dans les tâches pénibles et dangereuses (peinture, soudure, emboutissage, etc..)

La science des robots se nomme la robotique.

Principes

Le terme robot correspond à un type bien précis de système. Ainsi, si certaines caractéristiques ne sont pas présentes, une machine, même très complexe, ne peut être qualifiée de robot.

La définition la plus précise du robot pourrait être : « système automatique mécanisé capable d'effectuer une ou plusieurs tâches dans un environnement donné, de manière autonome et séquentielle, par l'exécution d'un programme préétabli ». Selon cette définition, une machine aussi complexe qu'un avion long-courrier Airbus, par exemple, n'est pas un robot, alors qu'un banal grille-pain peut, lui, être considéré comme la forme la plus simple de robot. En effet, un avion de ligne, bien qu'embarquant de nombreux appareils automatiques et constituant un très complexe ensemble de systèmes associés, reste sous le contrôle des pilotes qui demeurent en haut de la pyramide hiérarchique des systèmes. Du décollage à l'atterrissage, l'appareil est gouverné et n'exécute pas un programme lui permettant d'accomplir sa tâche. En revanche, le grille-pain va effectuer, une fois démarré, une tâche certes unique et très simple, mais de façon entièrement autonome et sans aucune intervention extérieure, exécutant un programme, une suite d'instructions: le thermostat, qui coupe le circuit dés qu'une certaine température est atteinte, et que l'on règle en vue d'une durée plus ou moins longue de cuisson, peut être considéré comme unité d'entrée, tandis que ce réglage lui-même peut être considérée comme la saisie du programme à exécuter.

Ainsi le robot, machine programmable, ne peut être séparé de l'ordinateur, et à cet égard doit être défini comme une unité de sortie, un périphérique. Le schéma et l'architecture classique des machines à traitement automatique de données reste donc valable, même dans le cas d'un futur robot quasi autonome, conforme aux prévisions de la science-fiction. La seule différence entre un ordinateur et de bureau et un robot est que l'unité de calcul (processeur), les unités de stockage (mémoire vive et mémoire permanente), les unités d'entrée (caméras, etc.) sont soit embarquées dans le système, soit le commandent à distance. Mais le robot lui-même, en tant que dispositif mécanique commandé par l'unité centrale, reste un périphérique de sortie. Quelque soit la complexité du logiciel lui permettant de réagir à son environnement, le robot est piloté, exactement comme une imprimante qui exécute une suite de tâche programmées. Le robot reste donc une machine Von Neumann, dont il n'est qu'un élément. Selon cette définition, on peut considérer, même si cette distinction est quelque peu académique, que les robots SWORD (évoqués plus bas) testés en ce moment en Irak, ainsi que les laboratoires automatiques opérant sur Mars ne sont pas, justement, de véritables robots, puisqu'ils ne s'agit que de systèmes téléguidés par un opérateur humain. En revanche, des systèmes automatisés comme des satellites, certains drones, ou des missiles auto-pilotés, constituent bien des robots.

Robots autonomes

Ainsi l'on cherche à réaliser des systèmes capables de réagir seuls à l'environnement, c'est-à-dire à un certain imprévu. Et c'est ce plus ou moins grand degré d'autonomie (d'autres aiment mieux dire intelligence artificielle) qui rapproche les robots des systèmes complètement autonomes envisagés par la science-fiction et la recherche de pointe.

Une certaine capacité d'adaptation à un environnement inconnu peut, dans les systèmes semi-autonomes actuels, être assurée pourvu que l'inconnu reste relativement prévisible: l'exemple déjà opérationnel de l'aspirateur-robot (par exemple le Trilobite d'Electrolux) en est une parfaite illustration : le logiciel qui pilote cet appareil est en mesure de réagir aux obstacles qui peuvent se rencontrer dans une habitation, de les contourner, de les mémoriser. Il sauvegarde le plan de l'appartement et peut le modifier en cas de besoin. Il retourne en fin de programme se connecter à son chargeur. Il doit donc fournir une réponse correcte au plus grand nombre possible de stimulations, qui sont autant de données entrées, non par un opérateur, mais par l'environnement. C'est un robot dans le plus pur sens du terme.

L'autonomie suppose que le programme d'instructions prévoie la survenue de certains évènements, puis la ou les réactions appropriées à ceux-ci. Lorsque l'aspirateur évite un buffet parce qu'il sait que le buffet est là, il exécute un programme intégrant ce buffet, par exemple les coordonnées X-Y de son emplacement. Si, ce buffet étant déplacé, il est capable de modifier son plan en conséquence et de traiter une zone du sol qu'il ne prenait pas en compte jusqu'alors, un degré supérieur d'autonomie est atteint par ce robot.

La plupart des robot autonomes étant mobiles, il convient de leur fournir un apport énergétique.

La robotique actuellement

Robotique

Liste des robots

Robots humanoïdes :

Autres robots :

Aibo, chien de compagnie dont il a existé plus de 6 générations de perfectionnement croissant. Sony a mis fin à cette ligne de produits en 2006 pour des raisons de ciblage économique de la société Sony.
qfix, kit de robot pour éducation et hobby
Rabbit, robot bipède destiné à la recherche sur la marche et la course. Site de Rabbit

Robots industriels :

Unimate, le 1er robot industriel
Lemur,robot industriel à 6 pattes
Robot Delta, robot ayant un bras de manipulation formé de 3 parallélogrammes

Marché de la robotique

Le nombre de robots en activité est en pleine explosion depuis une quinzaine d'années, sous les effets combinés des progrès techniques et de la baisse des coûts (divisés par quatre pour les robots industriels entre 1990 et 2003). Ils se répartissaient fin 2003 :

29 % de robots domestiques (dont 94 % d'aspirateurs automatiques (570 000 au total) et 37 000 tondeuses automatiques) ;
38 % de robots industriels (soit 800 000 au total, dont 50 % présents au Japon, 31 % en Europe et 14 % en Amérique du Nord).
33 % de robots de loisirs (692 000, dont une majorité d'Aibo de Sony).

Le nombre de robots militaires n'est pas déterminé, même si on exclut les missiles et autres satellites. Pour l'instant, les systèmes d'arme restent sous contrôle total d'un opérateur humain, même sur des systèmes par ailleurs robotisés. Les drones sont maintenant assez répandus (car le ciel est un endroit où il est assez facile de se mouvoir sans avoir à gérer des obstacles), et des robots terrestres sont en expérimentation dans les arsenaux de nombreux pays. Le plus médiatique est l'engin SWORD testé par les USA en Irak

La croissance du nombre de robots dans notre environnement restera forte d'ici à 2007. Les robots industriels (dont on recense plus de 20 000 applications, de la chaîne de montage automobile à la trayeuse automatique) devraient être un million cette année-là (soit 25 % de hausse). Quant aux robots domestiques, ils devraient être presque sept fois plus nombreux en 2005, avec quelques utilisations nouvelles (lavage de vitres, de piscines).

Futurs développements

La microrobotique est 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.

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. L'étude des robots à pattes a été menée depuis plusieurs décennies, surtout sur les robots hexapodes, quadripèdes, etc. La tendance était alors de copier la flexibilité, la robustesse et l'adaptabilité des insectes. Ce type de robot est statiquement stable, et donc plus facile à contrôler.

Aujourd'hui on assiste à une intensification de la recherche sur la locomotion bipède, qui est par nature dynamiquement stable, 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.

La robotique médicale 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 de traitement d'image sont développés dans la même voie.

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.

Les développements futurs concernent aussi la vision et le traitement d'image, notamment dans le but de concevoir des véhicules « intelligents », ou des robots de surveillance et d'exploration.

Science-fiction

Littérature

La littérature de science-fiction autour du thème des robots est foisonnante notamment par:

I, Robot d'Isaac Asimov
Cycle de Fondation d'Isaac Asimov

Cinéma

Metropolis de Fritz Lang
Robby, le robot de Planète interdite
Johnny 5, le robot de Short Circuit et Short Circuit 2 - Appelez-moi Johnny 5
Terminator
Matrix
La Guerre des étoiles
Robocop
A.I. Intelligence artificielle
Blade Runner
Alien
L'Homme bicentenaire
I, Robot

Compétitions

RoboCup est une compétition internationale dont le but est de développer une équipe de football composée de robots humanoïdes totalement autonomes. L'objectif est de gagner contre les champions du monde d'ici 2050. Il existe plusieurs catégories, qui vont de la simulation aux robots humanoïdes en vraie grandeur. RoboCup est considérée comme la coupe du monde de robotique.

Au Japon, où la robotique est très populaire, le tournoi de robots-sumos est une des compétitions les plus célèbres. La règle est simple : il faut sortir son adversaire de l’aire de jeu.

Aux États-Unis, les Battlebots sont des combats violents de robots armés, placés dans une arène truffée de pièges. Ces robots doivent obéir à des règles précises (site officiel ici). Des compétitions similaires existent en Angleterre sous le nom de Robot Wars. Ces combats très populaires passent aussi dans des émissions de télévision.

La popularité des émissions de télévision telles que Robot Wars et Battlebots, des compétitions de robots-sumos, le succès des « bombes intelligentes » et des drones dans les conflits contemporains suggèrent que la crainte de voir des formes de vie artificielles devenir violentes n'est plus une illusion.

L'agence de recherches avancées du département américain de la Défense (DARPA) finance des projets technologiques tels que le Darpa Grand Challenge, une course dans le désert du Nevada qui a lieu tous les ans. En octobre 2005, c'est l'engin conçu par l'université Stanford, baptisé Stanley, qui a remporté la récompense de 2 millions de dollars. Stanley est un véhicule automatique, conduit par 7 ordinateurs en réseaux et qui se guide par un radar et des rayons laser.

En France, la compétition la plus célèbre est certainement la coupe E=M6. Il s'agit là de son nom le plus connu, car celle-ci a changé de nom pour « Coupe de France de robotique » en 1998. Voir l'article détaillé : Coupe de France de robotique En effet, toujours en 1998, elle a donné naissance à Eurobot, compétition européenne de robotique, ouverte à tous les pays du monde mais se déroulant en Europe. Celle-ci accueille désormais plus de 25 pays, les équipes étant qualifiées lors de rencontres nationales, organisées avec le soutien de l'association internationale Eurobot. Voir l'article détaillé : Eurobot

Depuis 2002, les départements de GEii des IUT de France organisent également une rencontre annuelle (début juin, à Vierzon) de robots suiveurs de ligne voir ici. Le chassis, la motorisation et le la source d'énergie étant imposés, les étudiants rivalisent principalement sur l'intelligence et l'efficacité de la partie commande.

Voir aussi

Liens internes

Cybernétique
Exosquelette
Intelligence artificielle
Machine-outil
Mécatronique
Drone
V1 (ceux-ci étaient connus en Belgique francophone sous le nom de robots)
Les trois lois de la robotique
Bot
Bot/Requêtes

Liens externes

Histoire et Société

Construction et programmation de robots

La fiction et les robots

Robotique

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