Yipu Chen (assis) et Zhaoyuan Gu (debout) sur le tapis roulant CAREN
«Les robots humanoïdes arrivent.» Si cette affirmation peut susciter de l’anxiété chez certains, pour une équipe de recherche de Georgia Tech, travailler avec des robots à l’apparence humaine est on ne peut plus passionnant.
Les robots autonomes bipèdes (ou à deux jambes) peuvent être très agiles. Cela les rend utiles pour effectuer des tâches sur des terrains accidentés, comme le transport d’équipements en extérieur ou la maintenance d’un navire. Cependant, des conditions instables ou imprévisibles augmentent également le risque de destruction d’un robot.
Les chercheurs, dirigés par Ye Zhao , directeur du Laboratory for Intelligent Decision and Autonomous Robots ou Laboratoire de décision intelligente et de robots autonomes (LIDAR) de Georgia Tech, et Zhaoyuan Gu, doctorant en robotique, souhaitaient développer un système de planification et de contrôle en temps réel garantissant la sécurité et le rétablissement d’un robot lors de la traversée de terrains difficiles. L’autonomie de ce système permet aux robots de prendre des décisions de manière autonome, sans intervention humaine directe. Par exemple, face à un obstacle imprévu, un robot équipé de ce système pourrait se rattraper au lieu de chuter.
Jusqu’à présent, les recherches sur la manière dont un robot se rétablit lorsqu’il change de direction – par exemple, lorsqu’un robot perd l’équilibre lors d’un virage brusque avec un camion – sont restées largement insuffisantes. L’équipe vise à combler cette lacune.
Le robot Cassie marche avec assurance sur le tapis roulant CAREN, adaptant sa démarche au fur et à mesure que la plateforme se déplace.
Assembler les éléments du projet
Dans un article publié dans IEEE Transactions on Robotics , des chercheurs décrivent une stratégie inédite qui fournit aux robots un ensemble clair de règles pour réagir aux changements de trajectoire. Ces règles permettent au robot de prendre des décisions plus rapidement et d’effectuer des déplacements plus sûrs. Lorsqu’il détecte que son plan actuel risque de compromettre sa stabilité, il utilise ces règles pour ajuster ses prochains pas et ainsi poursuivre son mouvement en toute sécurité. Lors d’expériences précédentes, dépourvues de ce cadre, les robots bipèdes peinaient à trouver une solution pour assurer leur stabilité et étaient sujets aux chutes.
Les chercheurs ont mis en œuvre ce nouveau dispositif avec Cassie, un robot bipède. Au sein du centre de recherche en augmentation humaine de 280 mètres carrés de l’université , Cassie marche avec assurance sur un environnement de rééducation assistée par ordinateur (CAREN: Computer-Aided Rehabilitation Environment) – un tapis roulant programmable pour se déplacer dans toutes les directions. L’équipe ayant constaté les limites de la force que CAREN peut appliquer, elle a ajouté un système BumpEm, qui génère une secousse plus importante afin de tester davantage la robustesse de la démarche de Cassie.
Les résultats
Grâce à ces expériences, les chercheurs ont constaté que leur nouveau cadre de programmation surpasse les méthodes de pointe avec plus de certitude, une prise de décision plus rapide, une meilleure évitement des collisions et la capacité de se déplacer de manière fiable sur des plateformes mobiles et sur différents types de terrains.
« Les résultats obtenus grâce à ce projet sont très impressionnants. Ce sont les résultats matériels les plus complets et les plus étendus que nous ayons publiés jusqu’à présent », assure Zhao, qui est membre de la faculté Woodruff et professeur agrégé à l’ école de génie mécanique George W. Woodruff .
Bien que significatifs, les résultats obtenus en conditions réelles n’étaient pas parfaits. Le robot est moins performant en descente, ce qui l’oblige à prendre des risques et à marcher moins efficacement. Cependant, Cassie n’a complètement perdu l’équilibre qu’une seule fois : lors d’une situation complexe impliquant un grand pas et une position jambes croisées. La récupération était tout simplement impossible compte tenu de l’espace restreint du tapis roulant.
Prochaines étapes pour les robots marcheurs
Globalement, le modèle développé par les chercheurs améliore de 81 % la capacité de Cassie à se rétablir après une perte d’équilibre. L’équipe a souligné que la stabilité bipède en robotique nécessite des recherches supplémentaires. Pour que ces robots marcheurs soient pleinement intégrés à notre société, leur fiabilité est indispensable.
« Cet article pourrait servir de base à la poursuite des travaux sur les robots marcheurs », précise Zhao. « Nos travaux pourraient inspirer d’autres recherches qui pourront imiter ou s’inspirer du cadre que nous avons créé. »
D’autres méthodes de rééducation à la marche restent à tester. Par exemple, les humains sautillent souvent pour compenser l’instabilité ou un sol inégal ; reproduire ce mécanisme avec des robots bipèdes pourrait constituer la prochaine étape des recherches de l’équipe.
Ils souhaiteraient à terme permettre l’utilisation de robots bipèdes autonomes en milieu marin, où la maintenance et l’exploitation des navires exigent un travail pénible et risqué. Idéalement, ces robots pourraient effectuer ces tâches de manière fiable, sûre et efficace.
Le projet sera testé en mer par le Bureau de la recherche navale d’Arlington, en Virginie.
« Les robots humanoïdes vont arriver dans vos maisons, dans les usines, dans la logistique. Ils vont apparaître dans la rue. C’est passionnant », s’enthousiasme Gu.
Les ingénieurs en robotique doivent prendre en compte non seulement la conception mécanique d’un robot, mais aussi ses algorithmes, son intelligence et son système de contrôle. Pouvoir interagir régulièrement et en toute sécurité avec ces robots exige ce travail de fond.
https://research.gatech.edu/humanoid-robots-make-confident-strides-toward-walking-stability
