1024 robots autonomes qui se coordonnent entre eux

Les robots autonomes de l’Université de Harvard sont impressionnants lorsqu’ils assemblent des structures. Une nouvelle vidéo montre leur comportement en essaim.

L’université de Harvard travaille sur les systèmes robotiques auto-assemblants depuis plusieurs années. L’équipe de Radhika Nagpal, professeur d’informatique à la Harvard School Engineering and Applied Sciences (SEAS) et de génie bio-inspiré au Wyss Institute de Harvard, vient de publier un article sur les avancées du projet avec un essaim composé de 1024 éléments.

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Les Kilobots, nom donné à ces robots dressés sur trois tiges et d’à peine quelques centimètres de diamètre, sont capables de s’organiser de manière synchronisée pour former des figures comme ce « K » ou cette étoile à cinq branches, en communiquant via une lumière infrarouge. Ils s’arrangent peu à peu après qu’un opérateur leur ait envoyé une instruction.

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La robotique en essaim consiste à utiliser plusieurs robots simples, peu coûteux, sans une intelligence artificielle très poussée, mais qui ensemble forment un système robuste sont capables d’effectuer des tâches complexes. Au lieu de développer un robot très complexe, il s’agit de constituer une plateforme simple, en l’occurrence 1024 robots pour cette équipe américaine, qui vont collaborer simultanément et adopter un comportement de groupe. Les Kilobots ouvrent la voie vers le développement d’une intelligence artificielle collective.

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La beauté des systèmes biologiques est qu’ils sont élégamment simples, et pourtant, en grand nombre, ils accomplissent l’impossible, explique Radhika Nagpal dans l’article paru dans la revue Science du 15 août. À un certain moment, on ne les distingue plus individuellement ; on ne voit que le collectif en tant qu’entité à part entière.

Pour garder un coût de fabrication le plus bas possible, il faut faire des concessions. Leurs capacités sont donc variables et moins fiables que celles de robots plus élaborés. Ils ne possèdent pas de caméra par exemple, et n’ont donc pas de vision d’ensemble. Ils se déplacent à l’aide de deux petits moteurs vibrants qui leur permettent de glisser sur les surfaces rigides mais ils ont du mal à se déplacer en ligne droite. Un émetteur et un récepteur infrarouge leur permettent de communiquer entre robots voisins et de mesurer leur proximité, mais encore une fois, cette fonction est variable selon les robots. A petite échelle, l’algorithme parvient à pallier ces faiblesses.

Comme dans une colonie de fourmis, les Kilobots se relient entre eux pour former des tronçons ou des passerelles afin d’aider les autres entités à traverser un passage difficile. Ce type de comportement collectif se retrouvent à d’autres niveaux notamment cellulaire, comme les amibes ou les cellules pigmentaires de la seiche.

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Le groupe de recherche avait déjà fait une démonstration de ses biorobots inspirés des termites, capables d’assembler des structures et probablement une voie prometteuse pour les techniques de construction du futur. Mais l’algorithme qui contrôle le projet TERMS n’est pas le même que celui des Kilobots.

Les Kilobots ne nécessitent pas d’intervention humaine une fois les instructions transmises. Quatre robots maîtres reçoivent les coordonnées de la configuration finale du système, les autres, simplement une image 2D à reproduire. Puis, en s’appuyant sur trois comportements pour lesquels ils ont été programmés, à savoir, suivre le chef de file, mesurer la distance par rapport à l’origine et savoir se localiser relativement, les robots se déplacent jusqu’à trouver leur position idéale.

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En collaboration avec Alejandro Cornejo, chercheur postdoctoral au SEAS et au Wyss Institue, les chercheurs ont réussi à prouver mathématiquement que l’ensemble des comportements individuels conduit à un résultat global satisfaisant. Les Kilobots corrigent par eux-mêmes leurs erreurs : si un bouchon se crée ou qu’il prend l’envie à un robot de sortir des rangs, les membres à proximité le remettent dans le droit chemin.

La robotique en essaim va se développer dans les années à venir, pense Radhika Nagpal. Elle servira en particulier dans des missions de nettoyage des océans, de secourisme en cas de catastrophe ou de surveillance de bâtiments. Le plus complexe sera d’imaginer des systèmes performants en partant d’une si petite échelle.

Le design et le logiciel des Kilobots sont disponibles en téléchargement libre pour un usage non-commercial. Ils ont également été cédés sous licence à K-Team, un fabricant de petits robots mobiles.


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