L’interface monde-espace se tient comme le godet d’une excavatrice, et non comme un joystick. MIT – YouTube

Observer des conducteurs d’excavatrices chevronnés à l’œuvre est presque hypnotique. Ils donnent l’impression que c’est si facile que la machine semble être le prolongement de leur propre bras. Cette intuition demande généralement des années d’expérience, mais une nouvelle commande conçue par des ingénieurs du MIT permet de réduire cette courbe d’apprentissage à une seule session.

Les excavatrices figurent parmi les engins les plus courants sur les chantiers ; elles servent à creuser les fondations, à déblayer les débris et à niveler le terrain. Pourtant, les maîtriser est loin d’être simple. Les commandes par joystick classiques obligent l’opérateur à traduire chaque mouvement du poignet en rotation de la cabine, extension du bras ou déplacement du godet, une correspondance peu naturelle que les ingénieurs appellent un modèle mental. Développer ce modèle mental requiert généralement des années de pratique.

Une équipe dirigée par Hermano Krebs, chercheur principal au département de génie mécanique du MIT, a adopté une approche différente : au lieu de former les gens à penser comme une machine, ils ont construit une machine qui comprend comment le corps humain bouge déjà.

S’enfoncer, plus vite

« Il s’agit d’une manière plus intuitive de commander la machine », explique Krebs. « Grâce à cette nouvelle interface, nous pouvons éliminer une grande partie des représentations mentales qu’un opérateur doit se constituer pour manœuvrer une excavatrice. » Les résultats de l’équipe sont publiés dans le Journal of Computing and Civil Engineering .

Ce dispositif, appelé Interface Monde-Espace (WSI: World-Space Interface), est un bras et un godet de mini-excavatrice que l’opérateur saisit et manipule comme il le ferait avec son propre bras pour creuser à la main : extension, rotation, fermeture d’un poing virtuel au-dessus de la terre. Un écran panoramique à six panneaux projette une excavatrice virtuelle qui reproduit instantanément chaque geste.

« L’expression “espace global” désigne tout ce qui se trouve à l’extérieur de soi, ou dans ce cas précis, à l’extérieur de la cabine de l’excavatrice », explique Krebs. « Normalement, les opérateurs doivent se représenter mentalement comment manipuler les objets dans cet espace. Désormais, il nous suffit de mimer le fait de ramasser des pierres ou de la terre, et l’ordinateur se charge de la transposition dans l’espace global. »

Les chercheurs ne pensent pas que cette technologie restera cantonnée aux simulateurs d’entraînement. Krebs envisage le même contrôleur installé directement dans une véritable cabine, fonctionnant presque comme une prothèse, un prolongement surdimensionné du bras de l’opérateur.

Le prochain défi consiste à ajouter une sensation tactile dont les manettes actuelles sont encore dépourvues. MIT – YouTube

« Au lieu de joysticks, on pourrait installer un bras miniature sur le côté, où l’opérateur placerait son propre bras, un peu comme un exosquelette, ce qui lui permettrait de manœuvrer la pelle mécanique depuis la cabine », explique-t-il. « Si les travaux doivent être effectués dans un environnement difficile ou dangereux, un opérateur pourrait se trouver à distance, dans une remorque, et utiliser ce bras pour télécommander la pelle mécanique. »

Pour vérifier la viabilité du concept en conditions réelles, l’équipe a mené des expériences de formation avec des volontaires experts et novices, utilisant le WSI ainsi qu’un simulateur classique à joystick. Les chercheurs ont créé 15 scénarios virtuels, couvrant des chantiers de construction, des autoroutes, des chemins forestiers, des berges de rivières, des zones minières et des environnements urbains et ruraux.

Les tâches comprenaient le pelletage et le déversement de sable ou de gravier, le creusement et le nivellement de tranchées, le déblaiement des débris sur les routes, l’élagage des branches d’arbres sur les berges et le concassage de roches. Les volontaires se sont entraînés une heure par jour pendant sept jours, à l’image d’une formation classique d’une semaine à la conduite d’une pelle mécanique.

Avec les joysticks, les novices obtenaient des résultats systématiquement inférieurs à ceux des experts, même s’ils progressaient au fil de la formation. Grâce à l’interface Monde-Espace, cet écart a complètement disparu : les novices ont égalé les performances des experts dès la première session. « Dans ce cas précis, les joysticks ne constituent pas une méthode intuitive pour contrôler et coordonner la machine », explique Joao Buzzatto, co-auteur de l’étude et postdoctorant au MIT. « C’est la première interface qui ne m’oblige pas à piloter l’excavatrice avec des joysticks. »

Installé devant le WSI, un opérateur est confronté aux mêmes indicateurs de progression des tâches que ceux utilisés par les chercheurs pour évaluer les novices par rapport aux vétérans. MIT

Le système ne fournit actuellement aucun retour tactile à l’opérateur. L’équipe travaille donc à l’intégration d’un retour haptique (une sensation de force simulant le toucher) au bras mécanique. L’idée est que, lorsqu’un opérateur mime le fait de ramasser un tas de pierres, le bras génère une force en réponse, comme si l’opérateur pouvait ressentir le poids des pierres, confirmant ainsi que l’excavatrice les saisit bien. « Le retour haptique rendrait ce système encore plus intuitif », explique Solmon Jeong, co-auteur et ingénieur invité.

Le MIT n’est pas seul dans cette course. Caterpillar, Hyundai et Komatsu développent également leurs propres simulateurs pour la formation et, à terme, le pilotage à distance, mais ceux-ci reposent encore largement sur des manettes de jeu traditionnelles dont l’apprentissage reste long. L’avenir de cette approche, qui pourrait mener à des robots mécaniques comme Mazinger Z (machines contrôlées par exosquelette) ou à des excavatrices entièrement autonomes sans aucun opérateur, reste incertain, mais l’écart entre la commande humaine et le mouvement de la machine se réduit indéniablement.

https://news.mit.edu/2026/mit-engineers-design-better-controller-operating-construction-diggers-0820