Un robot d'assistance apprend à mettre et à débarrasser la table en observant les humains
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Des chercheurs de l'Université Carlos III de Madrid (UC3M) ont mis au point une nouvelle méthodologie permettant à un robot d'apprendre à bouger ses bras de manière autonome. Cette méthodologie combine un apprentissage par observation et la communication entre ses membres. Cette avancée majeure, présentée récemment lors de la conférence IROS 2025, le plus important congrès mondial de robotique, constitue un pas de plus vers la création de robots de service plus naturels et faciles à programmer, capables d'effectuer des tâches d'assistance dans un environnement domestique, comme mettre et débarrasser la table, repasser ou ranger la cuisine.
Ces recherches s'attaquent à l'un des problèmes les plus complexes de la robotique actuelle : la coordination de deux bras. À l'UC3M, ce défi est relevé grâce au robot ADAM (Manipulateur Ambidextre Domestique Autonome), déjà capable d'effectuer des tâches d'assistance à domicile. « Il peut, par exemple, mettre la table et la débarrasser ensuite, ranger la cuisine ou apporter un verre d'eau ou des médicaments à l'utilisateur à l'heure prévue. Il peut aussi l'aider lorsqu'il sort, en lui apportant un manteau ou un vêtement », explique Alicia Mora, chercheuse au sein du groupe Robotique Mobile du Laboratoire de Robotique de l'UC3M, qui travaille sur ce sujet.
ADAM a été conçu pour aider les personnes âgées dans leurs tâches quotidiennes, que ce soit à domicile ou en établissement spécialisé, explique Ramón Barber, directeur du groupe Robotique Mobile et professeur au département d'ingénierie des systèmes et d'automatisation de l'UC3M : « Nous connaissons tous des personnes pour qui de simples gestes, comme leur apporter un verre d'eau avec un médicament ou mettre la table, représentent une aide précieuse. C'est l'objectif principal de notre robot. »
Dans un article présenté il y a quelques semaines à IROS 2025 en Chine par les chercheurs Adrián Prados et Gonzalo Espinoza du groupe Robotique Mobile, une approche révolutionnaire est proposée pour coordonner le travail des bras d'un robot : chaque bras apprend à exécuter sa tâche indépendamment (par « apprentissage par imitation »), puis ils communiquent entre eux grâce à un système mathématique appelé propagation de croyances gaussiennes.
Cette méthode instaure un dialogue invisible et constant entre les bras, leur permettant de se coordonner en temps réel pour éviter les collisions entre eux ou avec des obstacles, sans interruption pour recalculer. Il en résulte des mouvements fluides, efficaces et naturels, testés avec succès aussi bien en simulation que sur des robots réels destinés à l'assistance domestique.
Apprendre à un robot à effectuer des tâches quotidiennes demeure l'un des grands défis de la robotique. Traditionnellement, programmer un robot impliquait d'écrire des milliers de lignes de code pour définir chaque mouvement. À l'inverse, l'apprentissage par imitation propose une alternative plus intuitive : le robot apprend comment une personne agit en observant et en reproduisant les actions humaines.
Dans ce paradigme, l'humain démontre la tâche (en actionnant directement le bras du robot ou en s'enregistrant en train de réaliser une action) pour lui apprendre, par exemple, à servir de l'eau ou à ranger une étagère. Cependant, la simple copie d'un mouvement ne suffit pas. Si le robot apprend à saisir une bouteille à un endroit précis et que celle-ci est légèrement déplacée, un système qui se contente d'imiter répétera le geste initial et échouera. Par conséquent, le véritable objectif de la manipulation robotique n'est pas la répétition mécanique, mais l'adaptation et la compréhension du mouvement.
Les techniques développées par ces chercheurs s'attaquent à ce problème en concevant des mouvements appris qui se comportent comme un « élastique » : si la cible change de position, la trajectoire se déforme en douceur pour l'atteindre, préservant ainsi l'essence du mouvement.
Le robot peut ainsi s'adapter à de nouvelles situations sans perdre les propriétés essentielles du mouvement, comme maintenir une bouteille à la verticale pour éviter d'en renverser le contenu. « L'objectif ultime est que les robots cessent d'être de simples enregistreurs de mouvements et deviennent de véritables collaborateurs, capables de percevoir leur environnement, d'anticiper les actions et de collaborer en toute sécurité dans les espaces humains », souligne Adrián Prados.
Perception, raisonnement et action
En pratique, le fonctionnement du robot s'organise en trois phases. Premièrement, la perception, qui consiste à collecter des données de l'environnement grâce à des capteurs. Ensuite, le raisonnement, où ces informations sont traitées pour en extraire les données pertinentes. Enfin, l'action, lorsque le robot décide de la marche à suivre : déplacer sa base, coordonner ses bras ou exécuter une tâche spécifique.
Pour ce faire, ADAM utilise des capteurs laser 2D et 3D, qui lui permettent de mesurer les distances, de détecter les obstacles et de localiser les objets, ainsi que des caméras RVB avec informations de profondeur, qui génèrent des modèles tridimensionnels de l'environnement.
L'un des principaux défis consiste à passer de la simple perception des objets à la compréhension de leur usage et du contexte de l'utilisateur. Traditionnellement, cette compréhension reposait sur des bases de données empiriques. Actuellement, Alberto Méndez, également chercheur au sein du groupe Robots Mobiles, travaille à l'intégration de modèles génératifs et d'intelligence artificielle permettant au robot d'adapter son comportement à la situation et aux événements du moment.
Bien qu'ADAM soit actuellement une plateforme expérimentale, avec un coût approximatif compris entre 80 000 et 100 000 euros, la technologie est considérée comme suffisamment mature pour suggérer que, d'ici 10 à 15 ans, des robots de ce type pourraient vivre avec nous dans nos foyers à un coût beaucoup plus abordable.
Au-delà des avancées techniques, ce travail met en lumière le rôle de la robotique dans la résolution du problème du vieillissement de la population, un défi croissant pour notre société. « Chaque jour, le nombre de personnes âgées augmente tandis que celui des personnes capables de s'occuper d'elles diminue. De ce fait, ce type de solutions technologiques va devenir de plus en plus indispensable », conclut Ramón Barber. Dans ce contexte, « les robots d'assistance apparaissent comme un outil essentiel pour améliorer la qualité de vie et l'autonomie des personnes ».