Janvier 2007

Bientôt une interface logicielle universelle - et française - pour la robotique mondiale ?
Christophe Jacquemin 20/01/07

Nous n'avons cessé de le dire : le marché de la robotique personnelle (robots jouets, robots assistants, robots compagnons) représente un formidable marché. Selon les experts(1), en croissance actuelle de 10 % par an, ce marché atteindra 2,5 millions d’unités en 2008, avec un pic attendu dans la période 2008-2010, le marché augmentant ensuite à un rythme assez proche de celui de l’informatique personnelle depuis 20 ans.
Dans ce cadre, la start-up française GOSTAI souhaite devenir à terme l'une des leaders mondiales en matière de système de contrôle pour les robots personnels.
Son atout : le développement du langage de programmation innovant(2) URBI (Universal Real-time Behavior Interface), langage d’intelligence artificielle simple pour des applications en robotique. Actuellement disponible en version RC1, ce langage mis au point par Jean-Christophe Baillie au Laboratoire d’Electronique et d’Informatique de l’ENSTA(3) a été présenté au CES qui s'est tenu du 7 au 10 janvier à Las Vegas(4).

Cette interface logicielle universelle pour la robotique - et simple d'utilisation - permet de contrôler n’importe quel robot au niveau hardware (moteurs, capteurs, camera…) et software (reconnaissance de visages, de la voix(5),…). Basé sur un langage de script puissant, URBI (distribué avec ses librairies sous licence GNU) peut être interfacé avec de nombreux langages de programmation connus (C++, Java, Matlab,…) et de nombreux environnements systèmes (Windows, Mac, Linux). Innovation, standardisation, portabilité, flexibilité, modularité (multiplateforme) et facilité d’apprentissage et d’utilisation : voici des atouts susceptibles de séduire à terme l'ensemble des grands fabricants mondiaux, mais aussi les fabricants de jouets tels Wow Wee ou Lego (Lego Mindstorms), voire les producteurs de jeux vidéos(6).

URBI sera utilisé sur le premier robot humanoïde français - Nao [nom de code actuel AL05](7) - à usage domestique et destiné au grand public que développe actuellement la start-up Aldebaran Robotics dirigée par Bruno Maisonnier. Véritable concentré de technologie, et conçu dans un premier temps à des fins ludiques, ce robot sera capable d’interactions avec son propriétaire et évolutif en termes de comportements et de fonctionnalités. Autonome,il sera notamment doté de la synthèse et de la reconnaissance vocale, de la reconnaissance anthropométrique, pourra se connecter via Wifi à internet. Embarquant un PC sour Linux, il sera livré en standard avec des comportements de base, qui pourront être enrichis (via des outils graphiques simples), faisant de ce robot un compagnon autonome pour toute la famille. Et, de compagnon, il passera ensuite vers une vraie fonction d’assistance pour les tâches quotidiennes (surveillance, télé-assistance, informations, lien réel-virtuel…).

La commercialisation de ce robot humanoïde est annoncée pour la fin du deuxième semestre 2007.

(1) Notamment ceux de l'UNECE [United Nations Economic Commission for Europe], organisme affilié à l'ONU.
(2) Basé sur une architecture client/serveur, URBI intègre au cœur du langage le parallélisme indispensable à la robotique ainsi que des mécanismes de contrôle temporel et des séparateurs pour sérialiser ou paralléliser les commandes, des possibilités de trajectoires complexes et de gestion événementielle adaptées à l’intelligence artificielle (l'architecture distribuée et modulaire permet de «plugger» des composants (vision, voix, planification…) soit à bord du robot, soit à distance par Wifi.
(3) Ecole nationale de techniques avancées. Le langage URBI est notamment en cours d'implémentation sur le robot HRP2 du japonais Kawada Industries, livré récemment au CNRS [voir notre actualité du 09/06/06]. Un atout qui devrait permettre à URBI de prendre toute sa dimension et de séduire le constructeur japonais.
(4) Voir http://www.cesweb.org/default.asp et http://www.roboticsevents.com/CES_Robotics_TechZone_2007/
(5) En cette matière, Gostai s'est adressé à la société Acapela pour offrir une solution de synthèse vocale la plus fluide et proche possible de la voix humaine. Cette collaboration industrielle doit permettre d’animer vocalement, en français et en anglais, les interfaces des robots avec des voix très naturelles, agréables et intelligibles. L’objectif est ambitieux : réunir les conditions pour la création d’un ordinateur "social".
(6) Interfaçage possible d'URBI aux jeux vidéos.
(7) Ce projet a été lancé début 2005 et vise à mettre à la disposition du grand public, pour un prix abordable (2000 euros ?), un petit robot humanoïde (hauteur de l'ordre de 50 cm) disposant de fonctions mécaniques (23 degrés de liberté), électroniques et cognitives dignes des prototypes de recherche. Aldereban Robotics qui dispose aujourd'hui d'un prototype avancé fonctionnel est entré dans la phase d'optimisation de la partie software et de la mécanique, préparant l'industrialisation.

Pour en savoir plus :
Gostai : http://www.gostai.com/
Aldereban Robotics : http://www.aldebaran-robotics.com/

Robots arctiques autonomes pour l'exploration subglaciaire profonde
Jean-Paul Baquiast 20/01/07

Dans l'océan arctique, entre le Groenland et la Sibérie, s'étend le Gakkel Ridge, à une profondeur de 5.000 mètres. Une expédition arctique y a découvert l'existence d'évents hydrothermaux. On suspecte que, comme bien d'autres dans les grands fonds, ceux-ci doivent abriter des formes de vie originales. Cette vie serait d'autant plus originale que depuis 65 millions d'années cette partie de l'Arctique aurait été séparée des mers avoisinantes par le Mid-atlantic Ridge.David Akin, chercheur de l'université Collège Park, Maryland, entreprend actuellement d'explorer ces évents. Mais il doit disposer de gros moyens car les sites sont protégés par une épaisse glace de surface, qui empêche de procéder à des explorations téléguidées à partir d'un navire en positionnement dynamique.

David Akin s'est associé avec le Woods Hole Oceanographic Institution (Mass) et le Centre National Hydrographique de Southampton (UK) pour faire construire deux robots autonomes spécialisés qui vont travailler en tandem. Ces AUV (Autonomous Underwater Vehicles) devront, comme les robots spatiaux des prochaines générations, opérer sans assistance extérieure. En effet, l'eau ne permet pas les transmissions radio, ainsi que le savent les sous-mariniers. Les signaux acoustiques, pour leur part, s'atténuent très vite avec la distance. Par ailleurs, le brise-glace d'assistance, qui perforera la banquise pour immerger les robots, ne pourra rester à poste de façon stable car il sera entraîné par la dérive de l'ice-shield. De plus le trou regèlera très vite. Enfin, les sources hydrothermales ne sont pas actuellement localisées avec précision. On mesure la difficulté de l'opération.

La mission se déroulera en deux phases : les AUV devront d'abord identifier sans ambiguïté les sources hydrothermales puis localiser le navire d'assistance pour rapporter l'information. Il faudra que les robots retrouvent seuls l'emplacement approximatif du navire, en évitant de se faire piéger dans les reliefs sous-marins de la glace. A courte distance, ils pourront être guidés par sonar jusqu'à une aire d'eau libre percée dans la banquise. Dans une seconde phase, ayant vaincu cette première et considérable difficulté, ils redescendront prélever des images et des échantillons de la vie sous-marine locale, qui seront alors analysés sur le navire ou à terre.

On ne décrira pas ici le détail de l'équipements des robots ni la façon très originale par laquelle ils coopéreront pour mener à bien leurs missions. Disons seulement qu'ils seront dotés d'une intelligence adaptative les rendant aptes à des tâches de plus en plus précises. Pourquoi ne pas réutiliser ultérieurement ces solutions pour l'exploration des océans glacés de la Lune jupitérienne Europa ? Les promoteurs d el'expédition y pensent. Mais ils ne semblent pas très communicatifs sur ces aspects sensibles.

Ajoutons pour notre part qu'il faudra veiller à ne pas souiller le site par des formes de vie contemporaines, si l'on veut vraiment étudier des organismes datant du Crétacé. Le problème de la pollution se posera de la même façon qu'il s'est posé concernant les projets d'exploration du lac fossile Vostok en Antarctique.

Pour en savoir plus
Voir NewScientist, 13/01/07, p. 25
Woods Hole Oceanographic Institution http://www.whoi.edu/
National Oceanography Centre http://www.soc.soton.ac.uk/

Le stockage de l'énergie électrique par des batteries en flux continu
Jean-Paul Baquiast 20/01/06

On sait qu'un des handicaps de l'énergie électrique est qu'elle ne peut pas être stockée de telle façon que les excédents produits à certains moments puissent être redistribués quand la consommation dépasse la production. La solution la plus généralement pratiquée est celle de l'interconnexion par des réseaux géants ou grids reliant des centres de production et de consommation dont les pics ne sont pas simultanés. Ce problème est posé à tous les électriciens, qu'ils fassent appel aux centrales à énergie fossile, au nucléaire ou à la houille blanche. Mais à plus petite échelle, il se pose aussi aux gérants des sites de production d'électricité d'origine éolienne ou solaire. Il n'y a rien de plus inconstant que le vent et le soleil. De plus, ils font souvent défaut au moment où la demande est la plus forte. Le stockage de l'énergie électrique par l'intermédiaire de batteries est pratiqué ici et là, mais le procédé est coûteux, lourd et de faible capacité.

Or il semble qu'une solution soit en voie d'être trouvée pour résoudre cette difficulté et rendre les batteries véritablement utilisables pour emmagasiner de l'électricité, ceci pratiquement sans limite. La solution est apparemment simple. Encore fallait-il y penser. Il s'agit du système dit des batteries en flux continu (flow batteries) aujourd'hui expérimenté avec succès en Australie, dans une ferme éolienne installée à King Island, près du détroit de Bass. En résumant beaucoup, on dira que le procédé consiste l'électrolyte « déchargé » après usage par un électrolyte chargé conservé dans un réservoir aussi grand que l'on veut. Lorsque le vent souffle, les éoliennes chargent les batteries dont l électrolyte est progressivement transvasé dans les réservoirs. Quand il ne souffle plus, les batteries alimentent les consommateurs et, au fur et à mesure de la décharge de leur électrolyte, se réapprovisionnent à partir du réservoir.

Nous passons sur les nombreux problèmes qu'il a fallu résoudre, notamment pour obtenir un liquide électrolyte adéquat, à base de sulfate de vanadium, puis aujourd'hui de bromure de vanadium. Il a fallu résoudre aussi des problèmes de fuites et de synchronisation des cycles. Ceci étant, la solution, selon ses promoteurs, peut être adaptée à toutes les tailles de batteries et de moteurs électriques, y compris dans le transport. Elle reste plus coûteuse que la production d'électricité à partir de pétrole, mais les coûts, comme toujours en ce qui concerne les énergies renouvelables, devraient diminuer avec le nombre des utilisateurs.

Cet exemple, s'il se révèle généralisable, montre que l'optimisme n'est pas toujours illusoire, lorsque l'on envisage les solutions technologiques permettant de faire face à la grande crise climatique. L'imagination des inventeurs n'a jamais dit son dernier mot.

La technologie des batteries en flux continu, développée par l'Université de Nouvelle Galles du Sud, est reprise actuellement par VRB Power Systems, basée à Vancouver. Un site devrait être implanté en Europe, auprès de la ferme éolienne de Sorne Hill, en Irlande.

Pour en savoir plus
Voir NewScientist, 13/01/07, p. 41
VRB Power Systems http://www.vrbpower.com/

Progrès dans l'ingénierie biologique ou biologie synthétique
Jean Paul Baquiast 16/01/07

L'ingénierie biologique ou biologie synthétique consiste à analyser l'effet de certains gènes sur les phénotypes, à isoler ces gènes et à les réintroduire dans les génomes d'autres organismes. Ce travail fait méthodiquement conduit à réaliser de véritables boîtes à outils de gènes qui, réutilisés individuellement ou assemblés en chaînes, permettent de construire artificiellement des êtres vivants nouveaux, dont les propriétés pourraient être utiles.

Le concours international organisé par le MIT en novembre 2006 (International Genetically Engineered Machine Competition ou iGEM) a permis à des dizaines d'équipes, dont certaines composées d'étudiants, de confronter leurs créations. Ainsi a été présenté une culture de e.coli qui, loin de sentir mauvais comme il est d'usage dans cette sympathique espèce, sentait la banane, après importation de gènes provenant de ce non moins sympathique fruit. Au-delà de ces exemples qui paraîtront anecdotiques, on mesure l'extraordinaire puissance future (voire les risques à conjurer) de la biologie synthétique.

Pour en savoir plus
http://www.technologyreview.com/read_article.aspx?id=17716&ch=biotech

L'interconnexion des neurones visuels chez la mouche
Jean-Paul Baquiast 16/01.07

Une mouche volant dans un corridor modifie constamment l'environnement perçu par ses yeux, puis par son cerveau. A ce niveau, une aire visuelle dite Lobula analyse les informations reçues afin de contrôler et corriger en retour le vol de la mouche. Ce processus apparemment complexe résulte en réalité d'une connexion directe entre deux neurones, le HSE à droite et le H2-Zelle à gauche.

C'est ce qu'on montré des chercheurs du Max Planck Institute for Neurobiology à Martinsried près de Munich, au terme d'expérimentations dont la difficulté n'échappera pas.

Le modèle de communication mis en évidence ne sera pas sans doute utilisable pour expliquer l'intégration des données visuelles dans les cortex des animaux plus complexes, mais elle pourra au moins servir à proposer des algorithmes implémentables dans des appareils techniques, notamment des robots. On voit donc l'intérêt considérable de telles recherches.

Pour en savoir plus
Article de presse du Max Plank Institute de Neurobiologie

Une probable mise en évidence de la matière noire
Jean-Paul Baquiast 11/01/07

Comme l'a dit un membre du COSMOS Survey, regarder l'univers avec les instruments dont nous disposons équivaut à photographier une ville de nuit. On ne voit que les fenêtres éclairées et les lampadaires. L'essentiel de la matière de la ville, les immeubles, les rues, les fenêtres non éclairées, n'est pas visible. Aujourd'hui, quand on observe le ciel, on n'identifie que les étoiles et les corps célestes émetteurs de rayonnements radio. On ne peut pas apercevoir l'essentiel de la structure de l'univers, composée de ce que l'on nomme désormais avec de plus en plus d'insistance la matière noire. Celle-ci, pour des raisons mystérieuses, demeure encore invisible. Pourtant elle n'est pas loin de nous et fait sentir ses effets gravitationnels en permanence. Ce serait elle en effet qui maintiendrait la cohésion des galaxies, dont la masse calculée au vu des étoiles qui la composent, ne serait pas suffisante pour compenser la force centrifuge de dispersion due à leur rotation. Comment progresser dans la connaissance de cette matière noire ?

Pour répondre à cette question, l'une des plus fondamentale de la cosmologie moderne, une équipe internationale vient de publier des résultats qui paraîtront peut-être, avec quelques années de recul, véritablement révolutionnaires. Un groupe international de chercheurs américains, allemands et français a réalisé indirectement une carte de la matière noire correspondant à une petite portion du ciel. Ce travail a été réalisé dans le cadre d'un programme de surveillance du ciel (COSMOS) confié aux caméras du télescope spatial Hubble.

Cinq cent soixante-quinze images à haute résolution de cette région ont été prises. Elles révèlent non pas la matière noire mais les déformations de trajectoire, relevant du principe de la lentille gravitationnelle, que sa présence en amas impose à la lumière des étoiles la traversant (astigmatisme cosmique).

Le groupe a obtenu une représentation en 3 dimensions décrivant des formations de matière invisible reliées entre elles par un réseau de filaments (image ci-contre), tout comme l'est la matière observable et lumineuse de l'Univers. La vue obtenue ressemble alors à ce que serait une photo de la ville évoquée ci-dessus, mais prise de jour, avec tous les détails visibles. La carte produite est dérivée d'une observation plus étendue réalisée par le télescope Hubble, le Cosmic Evolution Survey (COSMOS), sous la direction d'une équipe internationale de 70 astronomes encadrés par le Dr Nick Scoville, de Caltech.

Le COSMOS Survey a couvert une surface suffisamment étendue (9 fois la surface de la pleine lune) pour faire apparaître les grandes structures filamenteuses de la matière noire. Pour donner la vision en 3D, les observations de Hubble ont été combinées avec celles du Very Large Telescope européen et avec des images fournies par le télescope Subaru du Japon et le télescope franco-canadien-hawaïen de Hawaï. Cette carte, qui visualise des structures remontant à la moitié de l'âge de l'univers, permet également de comprendre l'évolution de la matière noire, qui s'agglomérerait en amas avec le temps sous l'effet de la gravité. De même, elle révèlerait les processus de formation des galaxies influencés par la présence de cette matière noire.

De plus, la mise en évidence de la création des amas donne des informations sur l'énergie noire, qui exerce une force de répulsion s'opposant à la force gravitationnelle. La combinaison de ces deux forces produirait la répartition de matière visible et de matière noire telle qu'elle résulte des observations. Tout ceci conforte les hypothèses actuelles relatives à la formation des structures en amas de l'univers, ayant fait suite à la répartition homogène de matière caractérisant l'univers primordial.

Ces résultats, et d'autres que nous ne résumons pas ici, on été publié dans le numéro en ligne de Nature du 7 janvier 2007. Les auteurs en sont R.Massey (CalTech), J.Rhodes (JPL and CalTech), R.Ellis (CalTech), N.Scoville (CalTech), A.Leauthaud (Laboratoire d'Astrophysique de Marseille), A.Finoguenov (Max-Planck Institute), P.Capak (CalTech), D.Bacon (Institute for Astronomy in Edinburgh), H.Aussel (Service d'Astrophysique), J.P. Kneib (Laboratoire d'Astrophysique de Marseille), A.Koekemoer (STsI), H.McCracken (Institut d'Astrophysique de Paris), B.Mobasher (STsI), S.Pires (Service d'Astrophysique), A.Refregier (Service d'Astrophysique), S.Sasaki (Physics Department Ehime University), J.L. Starck (Service d'Astrophysique), Y.Taniguchi (Ehime University) & J.Taylor (Department of Physics and Astronomy, Univ. of Waterloo).

Pour en savoir plus
Article de l'ESA : http://www.esa.int/esaCP/SEMZ6GSVYVE_index_0.html

NanoBioTact, projet européen de réalisation du premier doigt artificiel sensoriel
Christophe Jacquemin 03/01/07 (Source partielle : CORDIS)

À l'aube du XXI^e siècle, les avancées scientifiques les plus significatives devraient intervenir à la croisée des limites entre des disciplines scientifiques et d'ingénierie auparavant séparées, telles que les nano- et biotechnologies, l'informatique et les sciences cognitives (NBIC). On parle ici de sciences convergentes. Cette approche offre par exemple un potentiel de nouvelles solutions pour améliorer la santé et la qualité de vie des personnes souffrant de handicaps tels que l'absence d'un membre, par exemple.

Dans ce cadre, signalons le projet NanoBioTact, financé par l'UE à hauteur de trois millions d'euros dans le cadre du 7^e PCRD, qui vise au développement d'un «doigt biomimétique». Ce dernier doit poser les jalons de futures prothèses de mains renvoyant des informations sensorielles à son utilisateur. Coordonné par Mike Adams de l'université de Birmingham, ce projet d'une durée de 3 ans va regrouper un groupe de recherche pluridisciplinaire unissant l'université et l'industrie(1), notamment Unilever.
En travaillant aux frontières des connaissances en nanotechnologie, neurologie, robotique et science des matériaux, les partenaires du projet auront pour objectif la conception d'un doigt articulé artificiel pouvant être connecté directement au système nerveux central pour donner à l'utilisateur la sensation du toucher.

Le projet s'appuiera sur des travaux de recherche antérieurs concernant l'intégration au système nerveux de signaux fournis par des capteurs synthétiques [projet Cyberhand, récemment terminé (2)].
«Si des progrès très significatifs ont été faits concernant la liaison des membres artificiels au corps humain et la connexion directe de ce type d'information avec les terminaisons nerveuses, les prothèses actuelles sont équipées de transducteurs ayant une force relativement rudimentaire, dérivée de la robotique ; elles sont conçues pour aider la personne à saisir une tasse à café en polystyrène sans la renverser. Mais elles ne sont pas faites pour reproduire le toucher tactile », explique Mike Adams.Le traitement des signaux sera le plus grand défi du projet».

Ainsi va notamment être développée toute une série de capteurs nanométriques de type MEMS (micro-electro-mechanical systems) qui imiteront la résolution spatiale, la sensibilité et la dynamique des capteurs tactiles neuronaux humains. Atteindre ces objectifs nécessitera la compréhension scientifique des mécanorécepteurs découverts chez l'homme et le codage neuronal de plusieurs milliers d'actions accomplies pendant une expérience tactile. Ces capteurs biomimétiques tactiles trouveront de nombreuses applications, y compris dans le secteur des membres artificiels à détection et contrôle à interface neuronale, de la robotique à commande contrôlée et des environnements de formation à la réalité virtuelle.

L'amélioration de la compréhension du système tactile humain permettra aussi de mieux traiter les patients souffrant d'un déficit des fonctions neurologiques .

Les partenaires du projet devraient fournir le doigt biomimétique d'ici trois ans.

(1) Groupant la Scuola Superiore Sant'Anna de Pise (Italie) pour les aspects robotiques, l'Université Gothenburg (Suède) pour les expertises en neuroscience, l'Université de Birmingham (Grande-Bretagne) pour la science des matériaux, l'Université de Louvain (Belgique) pour la psychophysique, (étude de la façon dont le cerveau manipule les entrées provenant des capteurs synthétiques), la société Rockfield Software LDT (Grande Bretagne) pour la modélisation par éléments finis des mécanismes, l'Université de Munich (Allemagne) pour les études concernant le traitement des signaux.
(2) Ce projet coordonné par le Scuola Superiore Sant'Anna à Pise visait la réalisation d'une prothèse de main directement liée au système nerveux central, plutôt que commandée par les potentiels électriques produits par des cellules musculaires. [Voir http://www.cyberhand.org/].