Combien de robots une personne peut-elle contrôler à la fois ?
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Des essaims de robots autonomes sont de plus en plus souvent testés et déployés dans le cadre de missions complexes, mais un certain niveau de surveillance humaine reste nécessaire au cours de ces missions. Une question majeure demeure donc : combien de robots, et quelle est la complexité de la mission, un humain seul peut-il gérer sans se sentir dépassé ?
Dans une étude financée par l'Agence américaine pour les projets de recherche avancée en matière de défense ( DARPA ), des experts ont montré que les humains peuvent gérer seuls et efficacement un essaim hétérogène de plus de 100 véhicules terrestres et aériens autonomes, tout en ne se sentant dépassés que pendant de brèves périodes de temps au cours d'une petite partie de la mission. Par exemple, dans une expérience particulièrement difficile sur plusieurs jours en milieu urbain, les contrôleurs humains n'ont été surchargés de travail que 3 % du temps. Les résultats ont été publiés le 19 novembre dans IEEE Transactions on Field Robotics .
Julie A. Adams, directrice adjointe de recherche au Collaborative Robotics and Intelligent Systems Institute de l'université d'État de l'Oregon, étudie depuis 35 ans les interactions humaines avec les robots et d'autres systèmes complexes, tels que les cockpits d'avion et les salles de contrôle des centrales nucléaires. Elle note que les essaims de robots peuvent être utilisés pour soutenir des missions où le travail peut être particulièrement dangereux pour les humains, comme la surveillance des incendies de forêt.
« Les essaims peuvent être utilisés pour assurer une couverture permanente d’une zone, par exemple pour surveiller les nouveaux incendies ou les pillages dans les zones récemment brûlées de Los Angeles », précise Julie Adams. « Les informations peuvent être utilisées pour diriger des ressources limitées, telles que des unités de lutte contre les incendies ou des camions-citernes vers de nouveaux incendies et des points chauds, ou vers des endroits où les incendies étaient censés avoir été éteints. »
Ces types de missions peuvent impliquer un mélange de différents types de véhicules terrestres sans pilote (comme le robot à roues Aion Robotics R1 ) et de véhicules aériens autonomes (comme le quadricoptère Modal AI VOXL M500 ), et un contrôleur humain peut avoir besoin de réaffecter des robots individuels à différentes tâches au fur et à mesure du déroulement de la mission. Notamment, certaines théories des dernières décennies – et même les premiers travaux de thèse d’Adams – suggèrent qu’un seul humain a une capacité limitée à déployer un très grand nombre de robots.
« Ces théories historiques et les résultats empiriques associés ont montré qu'à mesure que le nombre de robots terrestres augmentait, la charge de travail de l'homme augmentait également, ce qui entraînait souvent une réduction des performances globales », assure Julie Adams, notant que, bien que les recherches antérieures se soient concentrées sur les véhicules terrestres sans pilote (UGV), qui doivent faire face aux bordures de trottoir et autres barrières physiques, les véhicules aériens sans pilote (UAV) rencontrent souvent moins de barrières physiques.
Les contrôleurs humains ont géré leurs escadrilles de véhicules autonomes à l'aide d'un écran virtuel. L'anneau fuchsia représente la zone que la personne pouvait voir à l'intérieur de l'écran monté sur la tête. DARPA
Dans le cadre du programme OFFensive Swarm-Enabled Tactics (OFFSET) de la DARPA, Adams et ses collègues ont cherché à déterminer si ces théories s'appliquaient à des missions très complexes impliquant un mélange de véhicules terrestres et aériens sans pilote. En novembre 2021, à Fort Campbell dans le Kentucky, deux contrôleurs humains se sont relayés pour participer à une série de missions sur une période de trois semaines dans le but de neutraliser une cible adverse. Les deux contrôleurs humains avaient une expérience significative du contrôle des essaims et participaient à des quarts de travail alternés allant de 1,5 à 3 heures par jour.
Tester la taille d'un essaim que les humains peuvent gérer
Au cours des tests, les contrôleurs humains étaient positionnés dans une zone désignée en bordure du site de test et utilisaient une reconstruction virtuelle de l'environnement pour surveiller où se trouvaient les véhicules et les tâches qui leur étaient assignées.
La mission la plus importante a nécessité 110 drones , 30 véhicules terrestres et jusqu’à 50 véhicules virtuels représentant d’autres véhicules du monde réel. Les robots devaient naviguer dans l’environnement urbain physique, ainsi que dans une série de dangers virtuels représentés à l’aide d’AprilTags (des codes QR simplifiés pouvant représenter des dangers imaginaires) qui étaient dispersés sur tout le site de la mission.
Dans le sens des aiguilles d'une montre à partir du haut à gauche : un 3DR Solo, un Uvify IFO-S, un AION R1 avec TX2 et des UGV et drones Modal AI VOXL m500. Phillip Walker et al.
La DARPA a rendu l’exercice final sur le terrain particulièrement difficile en fournissant des milliers de dangers et d’informations pour éclairer les recherches. « La complexité des dangers était considérable », explique Adams, notant que certains dangers nécessitaient l’interaction simultanée de plusieurs robots et que certains dangers se déplaçaient dans l’environnement.
Tout au long de chaque mission, les réponses physiologiques du contrôleur humain aux tâches à accomplir ont été surveillées. Par exemple, des capteurs ont collecté des données sur la variabilité de leur rythme cardiaque, leur posture et même leur débit de parole. Ces données ont été intégrées à un algorithme établi qui estime les niveaux de charge de travail et a été utilisé pour déterminer quand le contrôleur atteignait un niveau de charge de travail dépassant une plage normale, appelé « état de surcharge ».
Julie Adams note que, malgré la complexité et le grand volume de robots à gérer dans cet exercice sur le terrain, le nombre et la durée des états de surcharge étaient relativement courts : quelques minutes au cours d'une mission. « Le pourcentage total d'états de surcharge estimés était de 3 % de toutes les estimations de charge de travail pour tous les quarts de travail pour lesquels nous avons collecté des données », explique-t-elle.
La raison la plus courante pour laquelle un commandant humain atteint un état de surcharge est lorsqu'il doit générer plusieurs nouvelles tactiques ou inspecter quels véhicules dans la zone de lancement étaient disponibles pour le déploiement.
Selon Adams, ces résultats suggèrent que, contrairement aux théories précédentes, le nombre de robots pourrait avoir moins d’influence sur les performances des missions de contrôle des essaims humains qu’on ne le pensait auparavant. Son équipe étudie les autres facteurs susceptibles d’influer sur les missions de contrôle des essaims, comme les autres limitations humaines, la conception des systèmes et la conception des drones, dont les résultats pourraient potentiellement éclairer la réglementation des drones de la Federal Aviation Administration des États-Unis, dit-elle.