La robotique est un domaine scientifique ayant trait au travail avec les machines qui exécutent des tâches en fonction de programmes et d’algorithmes prédéterminés et adaptatifs, de façon automatique ou semi-automatique. Ces machines – que l’on appelle couramment « robots » – sont contrôlées par des humains ou travaillent entièrement sous la supervision d’une application informatique et d’algorithmes. La robotique est un concept général qui englobe la construction, l’élaboration et la programmation des robots. Ces robots sont en contact direct avec le monde réel. Ils sont souvent utilisés pour remplacer les humains et exécuter des tâches monotones et répétitives. Les robots peuvent être catégorisés en fonction de leur taille, de leur secteur d’intervention ou de leur finalité. Nous allons nous pencher là-dessus un peu plus tard.
Robotique ou automatisation ?
L’automatisation est un concept bien plus large que la robotique. L’automatisation renvoie à l’idée que des parties spécifiques d’un processus, ou des processus dans leur intégralité, sont exécutés sans intervention humaine. Le processus fonctionne à partir d’applications informatiques prédéfinies ou adaptatives et de machines électriques ou mécaniques. Les applications prédéfinies sont des algorithmes à partir desquels toutes les opérations sont prédéterminées et exécutées indépendamment des changements du milieu. L’automatisation adaptative renvoie aux algorithmes dont le comportement varie en fonction des changements qui surviennent dans l’environnement ou le processus.
La robotique et l’automatisation vont de pair. En effet, la plupart du temps, les robots font partie d’un système automatisé. Certes, l’utilisation des robots est parfois peu ou pas automatisée et l’automatisation peut exister sans robots. Pourtant, ces deux concepts sont jumeaux : ils ont beaucoup en commun, mais conservent leur propre personnalité.
Si les machines exécutent les tâches, pourquoi devons-nous travailler ? En réalité, les performances des robots sont limitées. Même si les robots ont l’air intelligents, ces machines ne sont compétentes que dans des champs très précis. Même si l’on mettait au travail une armada de robots en les chargeant de toutes les tâches de la vie quotidienne, ces domaines ne se chevaucheraient pas au point de créer un système complet en mesure de remplacer complètement les humains.
Autrement dit, n’ayons pas peur du règne des robots diaboliques. Les robots opèrent seulement dans des domaines très limités et l’intelligence artificielle généralisée n’est encore qu’au stade d’objectif très éloigné.
Les différents types de robots
Les robots peuvent être classifiés de différentes façons. Nous allons nous pencher sur quatre méthodes de catégorisation.
La taille
Le secteur d’intervention
La finalité
Le nombre
La taille
En matière de taille, on utilise les catégories suivantes :
Les nanorobots : les nanorobots sont composés de nanomatériaux. Leur taille est comprise entre 0,1 et 10 micromètres (par comparaison, un globule rouge humain mesure entre 5 et 10 micromètres). Les nanorobots sont encore en phase expérimentale. Ce concept est principalement évoqué dans le cadre d’applications médicales. De nombreuses années de travail seront nécessaires pour faire de ce concept un outil potentiel. On envisage notamment d’injecter des nanorobots dans le corps des patients pour identifier et soigner des maladies.
Microrobots, millirobots, minirobots : ces robots sont aussi très petits, mais plus grands que les nanorobots. Ils existent déjà. Les microrobots, les millirobots et les minirobots mesurent respectivement moins de 1 mm, de 1 cm et de 10 cm. Le plus petit robot volant se nomme RoboBee. Son envergure est de 1,2 cm. Il pèse 80 milligrammes. La fréquence de ces ailes atteint 120 battements par seconde. Il est contrôlable à distance. L’objectif de ces petits appareils est de créer des essaims utilisables dans les opérations de recherche et de sauvetage ou dans le domaine de la pollinisation artificielle.
Robots de petite taille et de taille moyenne : ces robots font généralement moins de 100 cm (petits robots) ou atteignent la taille d’un humain (les robots de taille moyenne font entre 100 et 200 cm). La plupart des robots domestiques, les jouets et les robots sociaux, les humanoïdes (les robots à l’apparence humaine – les Transformers des bandes dessinées et des films, par exemple) et les assistants personnels numériques entrent dans cette catégorie. Ce sont les robots auxquels nous avons le plus souvent affaire, aussi bien dans les films que dans la vie réelle.
Les grands robots : ces robots sont plus grands que nous. Bien plus grands ! Il existe des robots humanoïdes de grande taille, jusqu’à 8 ou 10 mètres. Ces robots sont néanmoins généralement conçus pour des projets de recherche ou pour le plaisir. En réalité, la plupart des grands robots ne ressemblent pas à des humains. Ils sont utilisés pour des opérations automatisées dans les secteurs de l’industrie, de la construction, de l’agriculture, de la conduite autonome et de la navigation.
Les domaines d’intervention
Il est également possible de classifier les robots en fonction de leur domaine d’intervention : les robots personnels et les robots industriels.
Les robots personnels sont employés dans notre vie quotidienne et conçus pour un usage individuel ou familial. Tout un chacun peut faire fonctionner un robot personnel pour exécuter des tâches répétitives ou ennuyeuses, gagner du temps ou se divertir. Les robots domestiques, les robots sociaux, les assistants personnels numériques et les jouets sont les robots personnels les plus courants.
Les robots industriels sont robustes et créés pour exécuter des tâches spécifiques programmée dans le domaine de l’industrie, de la construction ou de l’agriculture, par exemple. On citera comme autres applications possibles, l’assemblage, le désassemblage, le serrage, la soudure, la peinture, l’inspection visuelle, etc. Un robot industriel réalise très efficacement une tâche spécifique. Ce sont des machines rapides, précises et fiables. Sans robots industriels, nous n’aurions pas atteint notre niveau actuel de développement technologique.
La finalité
Autre option de catégorisation des robots : leur finalité. Les robots peuvent avoir une finalité spécifique ou générale. Qu’est-ce que cela signifie ?
Les robots spécialisés : ces machines sont conçues pour exécuter une tâche particulière ou une séquence de tâches potentielles. Songez aussi bien aux bras robotiques simples qui déplacent des objets d’un point A à un point B qu’aux robots sociaux complexes dotés d’une interface avancée reposant sur le langage naturel. La construction et le comportement de ces robots ne peuvent pas évoluer. Ils suivent des programmes prédéfinis en fonction de leur objectif initial. Les robots domestiques et les robots industriels entrent dans cette catégorie de machines.
Les robots multifonctions : les tâches de ces robots ne sont pas prédéfinies. Divers composants robotiques peuvent être achetés séparément, puis assemblés de différentes façons afin d’exécuter des tâches spécifiques. Ces composants incluent notamment, des bras, des roues, des caméras, des moteurs pas-à-pas, et d’autres capteurs et actionneurs. Ces robots peuvent être dotés d’une connexion sans fil Wi-Fi ou Bluetooth. Le « cerveau » du robot – généralement un petit ordinateur – peut être « entraîné » à exécuter différentes tâches avec plusieurs composants à partir d’applications spéciales écrites dans un langage de programmation informatique. Nvidia Jetson et Jetson Nano, Raspberry Pi et Arduino sont des exemples de petits ordinateurs programmables courants. On parle également de « systèmes embarqués ». Ils sont dotés de ports GPIO (acronyme anglais de General Purpose Input/Output, « Entrée-sortie à usage général ») à partir desquels des capteurs et des actionneurs peuvent être connectés en utilisant une interface de communication standard.
D’autres robots multifonctions ont une structure préassemblée équipée de capteurs (des caméras et des micros, par exemple) et d’actionneurs (comme des bras et des jambes). En développant différentes applications informatiques, on permet au robot d’exécuter des tâches spécifiques particulières. On peut, par exemple, citer les exemples de Nao, Pepper et Romeo créés par Softbank Robotics ou le robot chien Spot de Boston Dynamics.
Le nombre
Les robots peuvent également être classifiés en fonction de leur nombre :
Les robots individuels : un robot unique qui travaille seul. On lui confie une tâche qui est exécutée en fonction d’un programme prédéfini. Le programme prédéfini peut inclure des technologies avancées qui rendent le robot capable de s’adapter à son environnement. Il peut en outre être connecté à Internet. Il est toutefois « seul ». Même si l’on trouve plusieurs robots au même endroit, ils sont « seuls », car ils ne communiquent pas entre eux.
Les robots en équipe : comme les humains, les robots peuvent travailler en équipe. Souvent, une tâche est séquencée entre différents robots. Pensez aux chaînes d’assemblage de voitures. Le châssis est soudé, on y ajoute les portes, puis la voiture est peinte, les vitres avant et arrière ajoutées, et ainsi de suite. Toutes ces étapes sont réalisées par différents robots capables d’exécuter une tâche bien précise.
La robotique en essaim : les robots peuvent également opérer en essaim. Dans ce cas, un grand nombre de robots simples sont contrôlés pour travailler en collaboration. Les robots individuels d’un essaim ne sont pas particulièrement précieux, mais on peut confier à l’essaim des tâches considérables. Songez aux abeilles dans la nature. Une abeille seule ne peut pas réaliser grand-chose. Pourtant, sans le travail des essaims d’abeilles, les humains n’auraient probablement pas vu le jour. La robotique en essaim est susceptible d’être utilisée dans les opérations de recherche et de sauvetage, en microbiologie, dans le domaine de la surveillance et de la pollinisation. Au moment de la rédaction de ce cours (2021), la robotique en essaim n’est qu’en phase expérimentale.
L’évolution des robots
Le mot robot vient du tchèque robota qui signifie « corvée ». Ce terme a été popularisé par une pièce de théâtre de Karel Čapek qui raconte la prise de contrôle du monde par des robots. Depuis toujours, les humains s’intéressent aux réflexions sur leur propre existence. Avant même le 20e siècle, on tente de recréer des êtres humains. Des légendes racontent l’histoire d’individus y étant parvenus. L’une des idées les plus célèbres naît au 16e siècle par l’intermédiaire de l’alchimiste Paracelsus. Il affirmait que de petits êtres semblables aux humains (nommés homunculus) pouvaient être créés dans une fiole à partir de procédés chimiques. Puis, au 16e siècle, le mot « golem » s’ancre dans la conscience collective. Un golem est composé d’argile. Il se transforme en serviteur si l’on insère un parchemin spécial dans sa bouche ou sur son front. L’histoire raconte qu’après quelque temps, le golem se retourne contre son créateur.
Quand on considère l’histoire de la robotique, on constate que l’on a toujours tenté de doter les robots d’une part d’humanité ou au moins de certaines caractéristiques humaines. Cet intérêt est conditionné par trois idées principales :
Le robot ressemble à un être humain (notre apparence, notre façon de penser, etc.)
Le robot est meilleur que nous dans un domaine (plus fort, plus intelligent, etc.)
Le robot est entièrement contrôlé par son créateur
Le moment où la force des machines surpasse celle des humains constitue un important jalon historique. C’est pendant la première révolution industrielle, vers 1769, que les machines commencent à remplacer les humains au travail. À cette époque, l’objectif principal était de réduire les coûts, les délais, et d’améliorer les volumes de production, sans intervention humaine. L’automatisation devient le concept majeur de l’époque. Grâce à l’automatisation, différents processus s’affranchissent d’une intervention humaine. Puisque le travail est désormais exécuté par des machines, les gens doivent trouver de nouvelles façons de travailler et de vivre. Les machines ne se fatiguent pas, elles peuvent travailler vingt-quatre heures sur vingt-quatre, sept jours sur sept. Le risque d’erreur et la quantité de déchets ont également diminué grâce à l’automatisation.
La précision et l’efficacité sont également des éléments que les robots savent contrôler. Dans les années 1800, la technologie informatique n’existait pas encore. Pourtant, de grandes machines sont créées dans le but d’accomplir des tâches complexes. Après 1950, la robotique connaît un essor important.
Shakey
Le premier robot industriel, « Unimate », est créé pour remplacer la main-d’œuvre dans les usines automobiles. On conçoit également « Shakey », le premier robot multifonction. Shakey était doté de caméras et de capteurs de contact. Il était capable d’interagir avec son environnement (page en anglais).
On peut dire beaucoup de bien des robots. Pourtant, les humains n’en sont pas entièrement satisfaits. Les travailleurs dont les tâches sont répétitives pourraient être remplacés par des machines. Le marché de l’emploi est donc sous la pression de ceux qui souhaitent travailler. La peur de voir les robots remplacer la main-d’œuvre humaine ou contrôler les humains est toujours vivace.
Plus le réalisme des robots augmente, plus se développe une nouvelle peur. Les gens tolèrent bien les robots qui ressemblent à des robots. Notre cerveau appréhende bien les robots industriels et les robots humanoïdes facilement identifiables. Mais certaines personnes réagissent mal lorsqu’elles rencontrent un robot trop réaliste. Quand c’est le cas, nous savons que nous avons affaire à un robot, mais notre cerveau ne traite pas bien cette information en raison du réalisme de la machine. La peau, les mouvements, la voix sont semblables à ceux d’une personne, mais notre cerveau a du mal à les appréhender. Est-ce que ce sont vraiment des robots ? Est-ce qu’ils pensent ? Peut-on leur faire confiance ?
Ces peurs sont peut-être à l’origine de la création des « lois de la robotique » au milieu du 20e siècle, également connues sous le nom des « trois lois » ou des « lois d’Asimov » d’après le nom de leur créateur, l’auteur Isaac Asimov.
Voici ces trois lois :
Un robot ne peut porter atteinte à un être humain ni, restant passif, laisser cet être humain exposé au danger.
Un robot doit obéir aux ordres donnés par les êtres humains, sauf si de tels ordres entrent en contradiction avec la Première Loi.
Un robot doit protéger son existence dans la mesure où cette protection n’entre pas en contradiction avec la Première ou la Deuxième Loi.
(Asimov 1950)
Le premier robot télécommandé à la surface de la lune, vers 1970, est un autre jalon de l’histoire de la robotique. Un peu plus tard, en 1986, Honda commence un projet de création de robots humanoïdes semblables aux humains. L’évolution de la robotique se poursuit et les robots s’imposent dans un nombre croissant de secteurs, notamment la santé, l’industrie et la logistique. Cette évolution est un processus toujours en cours et les robots sont désormais présents dans nos vies quotidiennes. On en trouve dans nos maisons (aspirateurs), au travail (robots d’assemblage), dans le domaine de la santé (robots sociaux pour traiter les patients et robots chirurgicaux), entre autres.
L’humanité vit la quatrième révolution industrielle. Les nouvelles technologies nées de cette révolution, notamment la robotique, l’IdO et l’intelligence artificielle vont permettre de faire passer un cap à l’industrie.
