MARLO, le robot bipède du Michigan qui arpente des terrains difficiles

MARLO le robot bipède de l'université du Michigan

En matière de robotique il existe un champ de la recherche qui concentre une grande partie de l’attention des chercheurs. Donner la marche aux robots… La question de la locomotion des robots est au cœur des recherches de l’équipe de Jessy Grizzle de l’Université du Michigan qui comme bien d’autres, travaille à reproduire la bipédie chez les robots, avec plus ou moins de succès.

La démarche humaine représente le meilleur modèle de comparaison pour les chercheurs en locomotion robotique. Car si la bipédie a ses limites (c’est la raison pour laquelle on s’inspire tant des insectes polypodes), ce n’est pas un hasard si nous l’avons adoptée en tant qu’être humain. Elle offre des possibilités de déplacement suffisamment large pour surmonter une multitude d’obstacles. C’est elle qui nous a permis de survivre sur les plateaux africains, de courir, de grimper, de monter des marches, et tout simplement de marcher en conservant une hauteur de vue nécessaire à notre orientation et à la compréhension d’un environnement donné et des dangers qu’il peut comporter.

Seul bémol, aussi banale soit-elle, la bipédie est en fait très difficile à imiter. De nombreux scientifiques s’y attellent pourtant jour après jour. Dans le zapping du mois d’avril, on a pu voir Roméo tenter ses premiers pas, plutôt difficiles, et ce après plusieurs années de développement. La société Boston Dynamics, récemment remise en vente par Alphabet, a tout misé sur le développement de robots habiles, pouvant se déplacer de manière autonome et efficace, comme en atteste la démarche curieusement humaine de son robot ATLAS. Mais Boston Dynamics n’est pas la seule à oeuvrer dans le domaine. L’université du Texas dévoilait fin mars, l’entraînement de son robot AMBER sur tapis roulant, tout droit inspiré des mouvements de jambes des êtres humains.

La démarche est compliquée, car il faut analyser et schématiser la locomotion humaine en utilisant des capteurs et tenter d’en reproduire un code informatique pour l’intégrer à des robots. La rigidité du code informatique s’avère bien souvent incompatible avec la souplesse et l’imprévisibilité du terrain. C’est là toute la mission que propose de remplir le laboratoire de Locomotion de l’Université du Michigan.

Leur robot, MARLO, a fait part de son adresse (toute relative) à imiter la marche humaine dans plusieurs vidéos. Après avoir frimé en marchant dans la neige ou en montant et descendant des côtes, MARLO est désormais capable de marcher sur un sentier parsemé d’embûches. Le but ? Expérimenter des algorithmes permettant au robot d’éviter ou de surmonter des obstacles disposés aléatoirement.

Car marcher sur un tapis roulant est une chose, mais le monde extérieur est autrement plus diversifié et complexe qu’un vulgaire terrain plat de laboratoire. Les robots démontrent une extrême maladresse lorsqu’il s’agit d’aborder un terrain chaotique, escarpé et irrégulier avec des changements de niveaux, des embûches voire des trous. Pour y remédier, le laboratoire de Jessy Grizzle, ingénieur en computer science et mécanique, travaille sur « la marche 3D« . Il s’agit d’un procédé novateur qui permet au robot de sentir son environnement grâce à des capteurs transformant les irrégularités du terrain en informations de manière à ce que « le robot ressente les angles de ses jointures, comme par exemple ses genoux, ses hanches et l’angle de rotation de son torse ». De telle sorte que MARLO ressent les altérations topologiques et peut réagir en fonction, en ajustant sa vitesse, la rotation de ses joints etc. Cela ne veut pas pour autant dire que le robot ressent le toucher avec ses pieds, tient-il à préciser, mais plutôt qu’il peut ajuster son allure en fonction des aléas du terrain.

« Cela peut être un processus vraiment frustrant que de vouloir faire en sorte qu’un robot marche bien en 3D » a indiqué Xingye Da, le doctorant en génie mécanique qui a conçu l’algorithme de MARLO. Cet algorithme a été nourri d’une base de 15 démarches afin de pouvoir faire face à plusieurs types de terrains et d’allures. Le robot est en fait télécommandé par les chercheurs grâce à une manette Xbox qui gère sa vitesse de déplacement vers l’avant ou vers l’arrière, tandis qu’une seconde manette contrôle son équilibre. MARLO ajuste donc sa démarche de façon autonome en choisissant des schémas tirés des 15 modèles de démarches qui ont nourri son algorithme, et ce en fonction des évolutions du terrain.

L’équipe espère faire profiter la communauté scientifique de cette avancée qui repose sur un « un modèle mathématique et peut donc être appliqué directement à MARLO. Mais parce que l’implémentation fonctionne sans aucune modification spécifique au robot hébergeur, l’algorithme est donc généralisable à tous les robots marcheurs » explique Brent Griffin, doctorant en génie mécanique et computer science qui espère notamment fusionner les deux algorithmes pour encore optimiser les mouvements de MARLO. Car l’objectif c’est aussi de pouvoir partager cette avancée et de la généraliser à d’autres secteurs, parmi lesquels la conception de prothèses innovantes, sur lesquelles travaille Robert Gregg (également membre de l’équipe de recherche) et qui a transposé avec succès l’algorithme en question dans une prothèse de jambe.

[EDIT 07/07/2016]

MARLO progresse à grand pas. Il est enfin sorti de son laboratoire et sera bientôt capable de se mouvoir tout seul. Aperçu de ses progrès en vidéos :

MARLO améliore son sens de l’équilibre :

MARLO en forêt :

MARLO sur un terrain vallonné :


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