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Dossier

Du robot solitaire au robot solidaire

Robot, from solitary to solidary
Rodolphe Gelin

Résumés

L’imagerie populaire, fortement nourrie par les romans et les films de science-fiction mais aussi par certains combats syndicaux, représente volontiers les robots comme les ennemis de l’homme. Que ceux-ci cherchent à exterminer l’humanité ou soient utilisés par des patrons pour prendre le travail des ouvriers, ils ont généralement le mauvais rôle. Si, au moins le deuxième cas, n’est pas totalement dénué de fondement, il existe également toute une lignée de robots dont la vocation est d’aider l’homme dans ses tâches quotidiennes. Sans le robot, l’homme aurait une position bien plus difficile et le robot, sans l’homme, ne serait qu’une machine sophistiquée mais inutile. Dans cet article, nous verrons comment l’homme et le robot peuvent coopérer pour intervenir dans des milieux difficiles, qu’ils soient industriels ou domestiques, et se simplifier mutuellement la tâche dans des activités quotidiennes. De façon assez paradoxale, le robot, gagnant en intelligence, abandonne son autonomie solitaire pour devenir un cobot, un robot coopératif, un robot compagnon.

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Texte intégral

Robot, un mot, plus qu’un objet, qui inquiète

  • 1 « R.U.R » de Karel Capek (1920)

1Le mot « robot » étant né dans une œuvre de fiction1, il est assez naturel que l’objet robot ait une place plus importante dans l’imaginaire du plus grand nombre que dans sa connaissance scientifique et technique. Les œuvres de fiction, malgré les efforts de certains de leurs auteurs pour donner des détails technologiques sur la façon dont sont fabriqués les robots (entre « l’ingénieux dispositif » cher à Jules Verne et le cerveau positronique base des histoires d’Isaac Asimov), ne s’embarrassent qu’assez peu des questions de faisabilité technique. C’est au bénéfice de l’intérêt du récit, mais aussi et généralement au détriment de la compréhension technique de la façon dont fonctionnent les robots. Mais la fiction a-t-elle une responsabilité dans l’éducation de ses lecteurs ? En principe non. Pourtant, volontairement ou non, elle façonne des réflexes culturels. De même qu’on ne se baigne plus dans l’océan aussi tranquillement qu’avant d’avoir vu les Dents de la Mer de Steven Spielberg, il est très difficile de ne pas susciter l’image du redoutable Terminator quand on parle de robots. Il est regrettable qu’aucun film catastrophe n’ait eu le même impact sur le comportement des foules face au réchauffement climatique, mais c’est une autre question.

2D’un côté plus conceptuel, l’automatisation du travail existait bien avant le mot robot. Cette automatisation a modifié notre mode de vie bien au-delà de l’impact des « vrais » robots qui sont apparus dans nos usines à partir des années 1950. Ce qu’on appelle la robotisation du travail est en fait un mot valise derrière lequel sont rassemblés tous les dispositifs qui permettent de simplifier, voire de remplacer le travail des humains. Le traitement de texte et le mail ont pris une bonne partie du travail des secrétaires et des sténodactylos ; il n’y a plus que des assistants et des assistantes. Ce n’est pas seulement un changement de nom politiquement correct. La nature du travail confié à ces proches collaborateurs des dirigeants a profondément changé, plutôt en bien me semble-t-il, en ce qui concerne l’intérêt du travail proposé. La mécanisation puis l’automatisation du travail dans les champs aussi bien que dans les usines ont permis de réduire considérablement la pénibilité physique des tâches. En revanche, une autre forme de pénibilité a pu apparaître, d’ordre plus psychologique : le travailleur humain peut devenir asservi à la machine qui a besoin d’être alimenté en pièces ou en matières premières à une cadence infernale : la machine n’a pas besoin de faire une pause, de se désaltérer ou de retirer sa veste quand il fait chaud. En étant lié à une telle machine, l’humain doit aussi se passer de ces besoins. Le film Les Temps Modernes de Charlie Chaplin offre une des meilleures illustrations d’une machine qui simplifie le travail de l’homme mais l’asservit en proportion au moins égale. Il est à noter que le remplacement du travail humain par celui des machines est, pour une bonne part, la source de notre besoin croissant d’énergie et donc du réchauffement climatique.

3Le sujet qui nous occupera dans cet article consiste à considérer comment le robot peut être un véritable partenaire pour l’être humain, qui l’aide à mieux réaliser des activités en mettant en valeur les qualités de l’humain et en s’appuyant sur celles de la machine. Comment trouver une échappatoire entre les robots super intelligents que la science-fiction et la théorie de la singularité nous promettent (à moyen-long terme) et qui n’auront plus besoin des humains et les robots qui exploitent les humains pour leur faire faire les dernières tâches qu’ils n’arrivent pas à faire ? Dans les lignes qui suivent, nous aborderons quelques exemples contemporains et à venir de coopération entre l’homme et le robot pour lesquels les concepteurs de robots, et encore moins les robots eux-mêmes, n’auront aucun intérêt à supprimer ou à dévaloriser l’intervention humaine.

La téléopération

4La téléopération est un moyen technologique pour permettre à un humain d’effectuer des tâches de déplacement d’objets à distance parce qu’il n’a pas accès, pour diverses raisons, à l’endroit où cette tâche doit être réalisée. Dans la vie quotidienne, téléphoner à son voisin depuis son lieu de vacances pour lui demander d’allumer l’alarme qu’on a oublié d’enclencher avant de partir est une forme de téléopération. Si, par le passé, le voisin a déjà effectué l’opération, il suffit juste de lui demander de répéter les gestes à nouveau sinon il faudra le guider étape par étape pour chacune des actions à effectuer. Un retour visuel constitue alors un plus pour vérifier qu’il a bien trouvé le panneau de commande de l’alarme et pas de la chaudière. Évidemment, si sa maison est « domotisée », tout cela peut se faire depuis une application sur son téléphone, mais on quitte partiellement le domaine de la téléopération puisqu’il ne s’agit plus de déplacer des objets à distance.

5Plus proche de l’acceptation classique de la téléopération, mais un peu moins domestique, le jeu de foire qui consiste à piloter une pince qui va chercher des récompenses dans un vrac offre une bonne représentation. Il serait très simple de prendre une peluche dans le vrac, mais elle n’est pas accessible à la main. Il faut donc téléopérer la pince pour faire la saisie à distance. L’analogie s’arrête avec la finalité de la machine : à la fête foraine, tout est fait pour que l’utilisateur échoue dans sa tentative de saisie alors que dans les applications industrielles, tout sera mis en œuvre pour l’aider à réussir.

La téléopération manuelle

6Les premiers systèmes de téléopération, plus particulièrement de télémanipulation, ont été développés pour des applications nucléaires. La manipulation directe de matières radioactives étant trop dangereuse pour l’homme, elle se fit d’abord dans des boîtes à gants à l’intérieur desquelles les matières rayonnantes étaient enfermées et dont des gants (faits d’une matière arrêtant les radiations) traversaient les parois. Les niveaux de radiations augmentant, les boites furent remplacées par des cellules bétonnées et les gants par des pinces à l’intérieur de la cellule reliées mécaniquement à des poignées manipulées depuis l’extérieur par des opérateurs. Les tâches de manipulation nécessaires ne sont pas répétitives, donc non programmables pour être réalisées automatiquement par un robot manipulateur classique. L’opérateur doit piloter, en temps réel, les gestes du bras mécanique à l’intérieur de la cellule. Le bras dans la cellule est le bras esclave ; le bras à l’extérieur de la cellule est le bras maître (Vertut 2013).

7Tout l’enjeu de la téléopération consiste à ce que l’opérateur se sente au plus près de l’objet qu’il manipule. Il faut que les mouvements de la pince qu’il pilote soient les plus similaires possibles des mouvements de ses propres mains. Le lien mécanique entre le bras maître et le bras esclave doit être d’une grande précision, ce qui exige une conception mécanique très fine. L’autre exigence de ce système est sa réversibilité : il faut que l’opérateur ressente les efforts exercés par la pince au bout du bras esclave. Une conception conventionnelle, à base de tringles et d’engrenages, induit des frottements et des inerties qui font que les efforts ressentis dans le bras maître sont surtout dus au poids et à la mise en mouvement de tout le système mécanique. L’effort dû à une collision de la pince avec son environnement ou à la prise de la charge peuvent être masqués car négligeables en comparaison. C’est la raison pour laquelle la transmission des mouvements entre le bras maître et le bras esclave est généralement confié à des systèmes de câbles pour lesquels le frottement et l’inertie sont moindres que dans le cas des transmissions mécaniques rigides. En outre, l’usage astucieux de contrepoids évite à l’opérateur de porter en permanence le poids du bras maître et du bras esclave. Si le principe de la téléopération manuelle est simple, sa mise en œuvre paraît assez sophistiquée.

8Grâce à ce prolongement de ses bras et de ses mains à l’intérieur de la cellule, l’opérateur peut réaliser, en toute sécurité, des tâches de manipulation au contact, appliquer des efforts sur des matériaux radioactifs pour en prélever des échantillons ou pour les stocker dans des containers plombés. Si l’usage de ces systèmes maître-esclave mécaniques est plus facile que celui des boites à pince des fêtes foraines, il demande tout de même une certaine dextérité de la part de l’opérateur, notamment parce que celui-ci ne possède qu’une vision limitée de ce qu’il manipule. Certes, l’objet est devant lui, de l’autre côté d’une vitre plombée, mais l’estimation de la profondeur, de la position relative de la pince et de l’objet à manipuler ne sont pas à la portée du premier visiteur de la Foire du Trône.

La téléopération assistée par ordinateur

9La téléopération sur les matières nucléaires a commencé après la Seconde Guerre mondiale. Les grands moments de la téléopération manuelle ont eu lieu dans les années 1970-80. Avec les années 1980, le développement de l’informatique a permis de couper le lien mécanique entre le maître et l’esclave. Grâce à des capteurs de position sur les articulations du bras maître, l’ordinateur peut mesurer les mouvements que l’opérateur lui impose et commander les moteurs qui contrôlent désormais les articulations du bras esclave pour qu’ils répliquent les positions du bras maître. De cette façon, le maître et l’esclave peuvent être éloignés l’un de l’autre pour peu que l’opérateur puisse voir, directement ou via une caméra, les mouvements du bras esclave et son environnement.

10Si l’introduction de la commande numérique en restait là, le système relèverait plus de la télécommande (comme celle des voitures téléguidées des enfants) que de la téléopération. Le principal inconvénient de cette télécommande est que l’opérateur perd le lien physique avec le bras esclave. Quand celui-ci entre en collision avec un obstacle, soulève un objet ou le laisse échapper, l’opérateur ne ressent rien dans son bras maître. Il peut donc endommager le bras esclave, s’il n’a pas vu la collision. Surtout, les tâches délicates de manipulation sont rendues beaucoup plus difficiles sans la sensation du toucher. Cela s’apparente à essayer d’insérer une clé fixée au bout d’une ficelle dans une serrure horizontale. Réaliser l’alignement parfait, sans s’aider de la sensation de contact, juste en regardant la position relative de la clé et de la serrure semble quasiment impossible.

11C’est pour cela que la téléopération à retour d’effort a été développée (Clement, Vertut et al. 1985). Le bras maître a également été équipé de moteurs qui, non seulement vont aider les contrepoids pour supporter le poids du bras maître, mais vont aussi permettre de répliquer, dans la main de l’opérateur, les efforts exercés par le bras esclave sur son environnement. Si le bras esclave rentre en collision avec son environnement, son mouvement va être arrêté. L’ordinateur va détecter cet arrêt et commander au bras maître d’arrêter, de la même façon, le mouvement du bras esclave. Le bras maître sera aussi bloqué que le bras esclave. L’opérateur comprendra que son bras esclave est entrée en collision, là-bas, dans sa cellule inaccessible. La terminologie « maître-esclave » perd au passage une partie de sa pertinence puisque, lors de collisions, c’est l’esclave qui impose son arrêt au bras maître.

12Une fois que ce lien numérique est créé entre les deux robots, l’ordinateur peut apporter des assistances supplémentaires. Par exemple, si le robot esclave doit découper un tuyau, le calculateur peut imposer que son déplacement se fasse dans l’axe de la scie qu’il porte. Avec son bras maître, l’opérateur peut choisir la vitesse de découpe mais son geste sera contraint le long de la parfaite trajectoire de découpe. On parle de partage de degrés de liberté : l’ordinateur et le robot esclave s’occupent de la forme de la trajectoire de la scie ; l’opérateur s’occupe de la vitesse le long de cette trajectoire.

13En se basant sur ce principe, de nombreuses autres assistances sont possibles (suivi de trajectoires complexes, suppression pour l’opérateur du poids de la charge portée par le bras esclave, maintien à distance des obstacles connus dans la cellule…) et rendent plus faciles et plus sûres des tâches que ni l’homme ni le robot n’auraient pu accomplir seul.

Les autres applications de la téléopération

14Il est pertinent de remarquer que cette application de la complicité entre l’homme et le robot au travers du système maître-esclave est assez limitée. La manipulation de matières radioactives n’est pas une activité qui implique une grande quantité d’individus. Il s’agit, convenons-en, d’un épiphénomène robotique, comparé aux millions de robots manipulateurs qui travaillent dans les usines, loin des hommes et qui sont uniquement à leur contact par la programmation initiale du geste qu’ils répèteront invariablement pendant des heures et des heures.

15Cela dit, d’autres domaines sont confrontés à la difficulté d’accès pour la main de l’homme et de ses outils. Dans le domaine sous-marin par exemple, des systèmes de téléopération sont également utilisés. En revanche, dans le domaine de l’exploration spatiale, la téléopération atteint ses limites, notamment à cause du temps de transmission entre le bras maître et le bras esclave. Les robots envoyés sur Mars doivent être dotés d’une certaine autonomie dans la réalisation de leurs tâches car, pour aller de la Terre à Mars et en revenir, les signaux mettent environ 15 minutes. Cela signifie qu’entre le moment où l’opérateur demande un geste à son robot martien et celui où il ressentirait une collision, il s’écoulerait 15mn pendant lesquelles le robot esclave aurait continué à essayer de traverser son obstacle, brulant probablement ses moteurs au passage. Néanmoins, on peut encore citer deux domaines où la téléopération est plein de promesses : la chirurgie et l’interaction avec les mondes virtuels.

16La chirurgie coelioscopique consiste à introduire des outils chirurgicaux par de petites ouvertures, souvent dans l’abdomen. À la différence de la chirurgie « ouverte » où le corps sera largement incisé pour que le chirurgien puisse y mettre les mains, cette chirurgie mini-invasive n’utilise que l’introduction d’un ou deux outils et d’une caméra dans le corps du patient. À la façon des téléopérateurs du nucléaire, ces chirurgiens interviennent dans un milieu où ils ne peuvent pas entrer. La chirurgie coelioscopique s’est longtemps faite « à la main » : les outils sont insérés via des trocarts dont le chirurgien va manipuler l’extrémité avec une gamme de mouvements réduite (montée et descente, rotation autour de l’axe du trocart ou autour du point d’introduction du trocart) limitant la complexité des gestes qu’il peut faire effectuer à ses outils. L’utilisation du principe de la téléopération a permis de robotiser les outils introduits dans le corps du patient pour offrir une plus grande dextérité au chirurgien : il peut réaliser, avec son outil, tous les gestes qu’une main peut effectuer grâce au poignet. Le pilotage de tous ces degrés de liberté s’effectue alors depuis un bras maître qui commande la position du bras esclave tenant l’outil chirurgical (Preusche, Ortmaier, Hirzinger 2002).

17La recherche dans le domaine commence à apporter le retour d’effort dans les mains du chirurgien pour lui permettre de ressentir le contact entre ses instruments et les organes, mais elle peut aussi lui proposer des guides virtuels. Grâce au retour d’effort, le bras maître peut faire ressentir au chirurgien une résistance s’il s’approche de zones sensibles. Le couplage numérique entre le bras maître et le bras esclave permet même d’interrompre virtuellement la respiration du patient. Grâce aux différents capteurs qui regardent le patient, l’ordinateur peut évaluer les mouvements des organes dus à la respiration. Il peut alors commander les mouvements du bras esclave et de celui qui tient la caméra de façon à accompagner ce mouvement. L’opérateur a alors l’impression d’être devant un organe parfaitement immobile, il peut se concentrer sur la précision de son geste relativement à cet organe, sans avoir à accompagner les mouvements parasites dus à la respiration. Cette application de la téléopération illustre parfaitement le partage des tâches entre l’homme et le robot (Avellino, Bailly, et al. 2019).

18Les mondes virtuels sont d’autres « endroits » où l’homme voudrait interagir de façon de plus en plus naturelle. On en connait surtout l’immersion visuelle : les rendus réalistes dans des casques ou sur des écrans géants, le tout avec un éventuel rendu 3D, donnent l’impression d’être vraiment dans l’environnement modélisé par l’ordinateur. Les retours sonores spatialisés complètent l’illusion. En revanche, toucher les objets virtuels se fait de façon moins réaliste : une commande au joystick peut désigner l’objet à bouger et des vibrations peuvent transmettre des sensations pour dire que l’objet a bougé ou non. Grâce à la téléopération à retour d’effort, la sensation de toucher peut-être largement améliorée. Le visiteur du monde virtuel dispose de bras maîtres avec lesquels il va commander, non pas des bras esclaves, mais les bras virtuels de son avatar dans le monde numérique. Un simulateur physique va calculer l’effort exercé par l’avatar sur l’objet qu’il essaye de bouger et cet effort est renvoyé dans le bras maître. L’utilisateur ressent, moyennant le fait qu’il tient une poignée du bras maître et pas l’objet virtuel qu’il déplace, les mêmes efforts que s’il déplaçait cet objet. L’immersion dans le monde virtuel concerne alors trois sens : la vue, l’audition et le toucher.

19L’application la plus populaire de la réalité virtuelle est le jeu vidéo. Les systèmes à retour d’effort, autres que ceux dispensant de simples vibrations, sont encore un peu trop coûteux pour une application grand public. Il n’est pas encore courant de pouvoir ressentir le contact spongieux d’un coup de poing dans le corps en putréfaction d’un zombie mais, techniquement, cette sensation est possible. En revanche, d’autres applications de la réalité virtuelle ont recours à ce retour d’effort via un bras maître robotisé. Ce sont, par exemple, les formations aux gestes techniques, comme ceux des chirurgiens qui pourront s’entrainer sur des patients virtuels. Certains bureaux d’études utilisent aussi des interfaces haptiques (capables de simuler le sens du toucher) qui sont en fait des bras maîtres de téléopération, mais utilisés sans bras esclaves, pour manipuler des pièces virtuelles, déjà conçues en 3D mais pas encore fabriquées. Il est possible de ressentir la difficulté d’assemblage de pièces mécaniques avant même qu’elles existent physiquement (Burdea 1999).

20Le robot aide donc l’homme à intervenir dans des environnements difficiles et même dans le monde virtuel, mais ne peut-il pas l’aider aussi dans le vrai monde, celui qui nous entoure et où les tâches pénibles ne manquent pas non plus ?

Les robots coopératifs

21C’est en réponse à ces questions qu’ont été imaginés les robots coopératifs. À la façon des bras maîtres de la téléopération, ils sont en contact proche avec l’humain, mais ils sont aussi proches de la tâche à réaliser. On dit que l’homme, le bras maître, le bras esclave et la tâche sont colocalisés : ils partagent le même espace de travail pour travailler ensemble à une même tâche. Mais comme la coopération entre deux personnes, la coopération entre l’homme et le robot peut affecter de multiples formes. L’aide peut être au niveau de la tâche, du geste et même au niveau décisionnel.

La cobotique

22Ce néologisme, précisément formé à partir de coopération et de robotique, regroupe des applications où un robot « classique », un bras manipulateur généralement, mais aussi une base mobile parfois, travaille à une distance quasiment nulle d’une personne puisqu’ils travaillent tous les deux sur le même objet, par exemple en tenant tous les deux le même outil, se partageant les degrés de liberté, comme on l’a vu en téléopération, pour l’exécution de la tâche. L’homme apporte en général sa compréhension de la tâche à réaliser et le robot sa force ou sa précision. Dans les usines, de plus en plus, un bras robotique peut porter un outil très lourd, comme une visseuse ou une pince à souder, que l’opérateur humain n’a plus qu’à diriger sur les bonnes positions le long des bonnes trajectoires. Ce partage du travail soulage l’opérateur de la pénibilité du transport de la charge et évite une programmation d’un geste automatique du robot qui pourrait être très compliquée. En effet, il existe de moins en moins de tâches que les chercheurs n’arrivent pas à faire réaliser de façon automatique avec des robots, mais cela demande parfois de tels efforts d’apprentissage et de tels niveaux d’équipements capteurs pour que le robot perçoive correctement l’environnement et y adapte son geste, que le bilan économique n’est pas rentable, notamment quand la tâche doit être régulièrement modifiée.

23Parmi les applications de la cobotique, beaucoup sont présentes sur les chaines de montage, parfois avec des robots très simples (voire trop simples pour être qualifiés de robot), structures articulées simplement dotées de systèmes de contrepoids pour soulager la charge. Mais ces robots peuvent être plus sophistiqués et permettre de réaliser des guides virtuels afin de maintenir, par exemple, une perceuse ou une visseuse parfaitement dans l’axe de son outil Peshkin (Colgate 1999)). Sur certaines opérations de polissage, où l’effort d’application doit être constant sur des trajectoires devant épouser des formes gauches très compliquées, le robot dosera parfaitement la pression sur la ponceuse et l’opérateur en guidera les mouvements en s’épargnant le risque de troubles musculosquelettiques accompagnant souvent ce genre de tâches.

24À propos de troubles musculosquelettiques, il convient de noter que les cobots peuvent non seulement les limiter, mais aussi participer à leur guérison. Des cobots sont également utilisés pour la rééducation, notamment des membres supérieurs. Le patient effectue le geste que le kinésithérapeute lui a demandé en tenant l’extrémité du cobot. Le cobot peut évaluer la qualité, la vitesse, l’amplitude du geste, mais peut aussi le guider, le corriger, voire exercer une résistance pour faire travailler la force du patient (Brochard, Robertson, et al. 2010). La particularité des robots utilisés en cobotique réside donc dans la maîtrise des efforts qu’ils appliquent et, par conséquent, qu’ils subissent. La réversibilité des systèmes maître esclave a été évoquée : elle permet qu’un effort exercé par le robot esclave soit ressenti par l’opérateur du bras maître et que, inversement, l’effort que celui-ci exerce soit le même que celui que le bras esclave appliquera sur son environnement.

25Cette réversibilité du système maitre esclave passe par ce qu’on appelle la transparence du bras maître et du bras esclave. Cette transparence ne concerne pas l’aspect visuel du robot mais son aspect dynamique. Un robot transparent est un robot qu’on peut déplacer à la main : en saisissant son extrémité, ou un de ses segments, il est possible de faire bouger le robot. Cette capacité n’est pas disponible sur un robot classique, non transparent. Les systèmes de transmission entre le moteur et l’articulation ne permettent pas, en général, de faire tourner le moteur en poussant l’articulation, de la même façon qu’il est très difficile de pousser une voiture quand une vitesse est enclenchée. Une voiture transparente serait aussi facile à pousser avec une vitesse enclenchée qu’au point mort. La transparence exige une conception spécifique des robots. L’absence de frottements dans la transmission a déjà été évoquée, mais le besoin initial réside dans la capacité, pour le robot, de mesurer les efforts qu’il exerce. Si la mécanique est parfaitement transparente (sans frottements, sans dissipation dans les réductions qui est l’équivalent de la boite de vitesse pour une automobile), il peut être possible, en mesurant le courant consommé dans les moteurs, d’avoir une image de l’effort appliqué. Mais concevoir des mécaniques parfaitement transparentes est difficile (comme sur les bras maîtres en téléopération). Les cobots sont donc généralement équipés de capteurs d’efforts dans chacune de leurs articulations pour mesurer, avec précision, les efforts appliqués par et sur le robot.

26La mesure d’effort est indispensable pour l’usage des cobots mais également pour la sécurité de leur utilisateur. En effet, une des raisons pour lesquelles les robots industriels travaillent dans des cages loin des opérateurs réside dans le fait que, n’étant pas réversibles, ils peuvent être très dangereux lors de leurs déplacements très rapides en manipulant des charges très lourdes. Si un cobot aide un opérateur à porter des charges lourdes, il est lui-même plus puissant qu’un homme et donc, potentiellement, dangereux. Les applications des cobots concernent des tâches réalisées avec des humains, donc à des vitesses réduites qui limitent les conséquences d’une éventuelle collision, mais la mesure permanente des efforts appliqués constitue le complément essentiel pour assurer la sécurité du système cobotique. Si les limitations en vitesse sont faciles à intégrer dans la chaine de commande, les limitations en efforts doivent prendre en compte la charge courante du robot. S’il est normal que le robot ressente un effort de 50kg en bout de bras quand il porte une pièce lourde, c’est en revanche le signe d’un dysfonctionnement s’il ressent cet effort « à vide ». C’est probablement qu’il est en collision avec son environnement, dont l’opérateur fait partie.

Les exosquelettes

27Afin d’éviter la collision entre le cobot et son utilisateur, le robot peut être fixé à l’utilisateur. Au lieu que le contact entre l’homme et le robot soit limité à une poignée ou à un objet qu’ils manipulent ensemble, l’interaction se fait au niveau des segments : le premier segment du robot est fixé au bras, le second à l’avant-bras et le dernier à la main. L’exosquelette reproduit donc le squelette humain mais à l’extérieur du corps. Chaque membre de l’utilisateur doit être en connexion physique avec chaque segment du robot pour que celui-ci puisse en suivre les mouvements au plus près. L’exosquelette a longtemps été un objet de science-fiction (l’armure d’Iron Man en est un parfait exemple et Ripley en fait un usage magistral dans un des épisodes d’Alien), mais la technologie permet aujourd’hui d’en envisager l’usage dans la réalité, principalement dans trois domaines d’application : le médical, l’industrie et le militaire.

28L’usage des cobots pour la rééducation a été présenté dans la section précédente. L’exosquelette en est la prolongation naturelle. Un des inconvénients du cobot « poignée » est que le patient peut faire le geste correct avec l’extrémité de son bras tout en prenant de mauvaises postures pour les réaliser, par exemple en compensant un manque de mobilité de son bras avec un mouvement du buste. L’exosquelette suit les mouvements du bras et de l’avant-bras. Il pourra guider les mouvements de l’épaule, du coude et du poignet pour une rééducation du geste complet (Lo, Xie 2012). C’est la raison pour laquelle on peut distinguer l’intervention au niveau « tâche » du cobot de celle au niveau « geste » de l’exosquelette. Outre la complexité du système exosquelette se pose la question de son adaptabilité à la morphologie de chaque patient. Il faut que les articulations du robot coïncident parfaitement avec celles du patient : les rotations de l’épaule, du coude et du poignet du robot doivent être les plus proches possibles de celle du patient pour ne pas intégrer de décalage ou d’effet de levier entre leurs gestes. L’installation de l’exosquelette sur le patient est aussi une tâche assez délicate. Elle nécessite l’intervention d’une tierce personne, a minima le kinésithérapeute. La rééducation à distance grâce à l’exosquelette doit encore surmonter quelques limites avant d’être déployée.

29Au-delà de la rééducation, l’objectif consiste bien sûr en un exosquelette permettant aux personnes atteintes par exemple de maladies musculaires de remarcher, de retrouver l’usage de leurs bras pour s’insérer dans la vie quotidienne, sans fauteuil et sans bras robotique externe. De nombreux projets travaillent sur ce sujet, notamment sur l’utilisation d’exosquelette pour permettre à des personnes de remarcher (Zhou, Yang et Xue 2021). Les difficultés restent nombreuses avec notamment la question de l’équilibre à gérer. Les robots bipèdes commencent à savoir gérer à peu près correctement leur propre équilibre. Par contre, quand il faut composer avec les mouvements d’un « passager » qui peut avoir peur, se pencher pour changer de direction ou pour se repositionner dans son assise, tout devient encore plus compliqué. Les difficultés liées au terrain, des marches à franchir, des contraintes sur l’endroit où poser les pieds doivent aussi être prises en compte. La recherche a encore de belles années de travail avant que ces systèmes soient utilisables par le plus grand nombre dans des conditions réelles.

30En revanche, l’exosquelette s’intègre plus facilement dans un environnement professionnel où l’utilisateur peut être formé à une utilisation potentiellement complexe mais surtout où les tâches sont relativement connues à l’avance. Dans l’industrie, sur des chaines d’assemblage, les exosquelettes pour les membres supérieurs, plus ou moins sophistiqués (certains ne sont activés que par des systèmes de ressorts), sont utilisés, comme les cobots, pour soulager les opérateurs confrontés à des charges lourdes. L’exosquelette se démarque alors du cobot par son volume de travail (Sylla, Bonnet, et al. 2014 : 475-481). Le cobot étant un bras manipulateur fixe, il ne peut travailler que dans l’espace accessible à la longueur de son bras. Par contre, si le travail nécessite de passer d’un poste de travail à un autre, l’exosquelette se justifiera dans la mesure où l’effort nécessaire au port de l’exosquelette n’excède pas celui qui permet de soulager l’opérateur. Dans le cas contraire, il faut ajouter un exosquelette pour les jambes afin d’aider à le porter. Le système devient alors complexe, encombrant et coûteux, ce qui le rendra plus difficile à accepter pour une utilisation en usine.

31En revanche, ces inconvénients sont plus supportables pour des applications militaires. Disposer de moyens technologiques pour rendre le soldat plus fort, plus endurant, plus rapide constitue un des objectifs immémoriaux des forces armées. L’exosquelette est une des solutions envisagées. Des premiers résultats sont déjà obtenus, notamment par l’armée américaine mais aussi l’armée française qui a financé un projet d’exosquelette militaire en se basant sur des technologies issues de la téléopération pour le nucléaire (Bogue 2015). Le soldat qui le porte gagne effectivement en puissance pour le transport de charge lourdes. L’utilisation se justifie pour des tâches logistiques où les sources d’énergie sont facilement disponibles et où la dynamique des mouvements n’est, malgré tout, pas très grande. En revanche, sur le champ de bataille, l’autonomie énergétique et l’inertie que génère l’utilisation des machines actuellement disponibles technologiquement font que l’utilisation des exosquelettes n’est pas encore envisageable.

Le robot compagnon

32Le degré ultime du robot coopératif n’est-il pas le robot autonome, plus ou moins humanoïde, capable de comprendre les ordres complexes qui lui sont donnés en langage naturel et qu’il sait analyser pour en déduire la séquence d’actions adéquate ? Ce robot auquel on demande de vider le lave-vaisselle et qui sort délicatement les verres et les assiettes propres pour les ranger dans les bons placards n’est-il pas ce que certains pourraient considérer comme le plus coopératif possible ? D’autant plus qu’il peut aussi faire le ménage, la cuisine, promener le chien, amuser les enfants ou prendre soin des personnes âgées en perte d’autonomie. Ce robot, bon à tout faire, n’existe pas encore mais il ne relève plus complètement de la science-fiction. De nombreux projets de recherche et même quelques start-ups ont démontré que la plupart des fonctions nécessaires à la réalisation de ces tâches sont réalisables, parfois moyennant des équipements capteurs dispendieux et dans des conditions un peu simplifiées. Ainsi, un robot a confectionné des pancakes dans le projet RobotHow2, et un robot de Samsung, le Bot Handy, a bel et bien rempli un lave-vaisselle. Quant aux robots aspirateurs, ils font déjà quasiment partie de notre quotidien.

33Mais ce serait dévaloriser le terme compagnon que de l’associer à la réalisation de tâches ménagères. Le concept de compagnon se retrouve davantage dans les applications où le robot interagit physiquement ou cognitivement avec une personne. Directement inspiré des travaux en téléopération et en cobotique, les chercheurs du JRL, un laboratoire commun entre la France et le Japon, ont doté le robot humanoïde HRP2 de la capacité d’aider une personne à manipuler de gros objets, comme une table. L’homme et le robot saisissent chacun une extrémité de la table. Le robot, grâce aux capteurs d’effort dont ses bras sont dotés, ressent la direction dans laquelle la personne souhaite la pousser ou la tirer et il va se déplacer en conséquence pour exécuter le mouvement désiré (Bouyarmane, Vaillant, et al. 2017). Exploitant ce même genre de maitrise des efforts, le robot humanoïde Pepper a été utilisé pour aider une personne à marcher alors qu’elle présentait des troubles de l’équilibre. Pour cette personne, sans avoir besoin de s’appuyer de tout son poids sur les épaules du robot (qui ne l’aurait sans doute pas supporté), bénéficier d’un simple contact suffisait à la rassurer pour qu’elle puisse marcher sereinement. Par une pression sur les épaules du robot, elle indiquait la direction dans laquelle elle voulait aller. Il s’agit certes d’une solution bien sophistiquée pour remplir la fonction de déambulateur mais, comme nous allons le voir, ce n’est qu’un des services qu’un tel robot peut remplir.

34La forme humanoïde des robots compagnons incite assez naturellement les personnes en leur présence à la discussion. Les formidables progrès accomplis ces dernières années par la reconnaissance de la parole (traduction de la parole en texte écrit) et la compréhension du langage naturel (interprétation de la sémantique des textes ainsi générés) font qu’il est possible d’avoir des discussions assez crédibles avec des machines pour peu que l’on s’en tienne au sujet qu’elles connaissent. Il est possible de parler cinéma, sport, littérature à un robot et, de la même manière que la navigation sur Internet, l’exploration de ses connaissances peut occuper pendant assez longtemps. Pour des personnes seules, et les personnes âgées sont souvent très seules, cette discussion a des vertus positives sur leurs fonctions cognitives. Si on ajoute à cela que le robot peut, dans une certaine mesure, reconnaître les émotions de son interlocuteur, détecter une situation de détresse et appeler à l’aide, on comprend pourquoi on peut s’autoriser à utiliser le terme de compagnon pour ce type de machine.

35Bien sûr, l’introduction de robots dans le quotidien des personnes âgées suscite, assez légitimement, quelques questions d’ordre éthique. Est-il très sain, pour une société, de confier ses anciens à des machines ? Est-ce les respecter que de les faire parler avec des machines plutôt qu’à de vraies personnes, avec le risque d’entretenir un malentendu sur leur condition d’objet ? Dans l’absolu, la réponse à ces questions est négative. Il serait souhaitable que toutes les personnes âgées puissent avoir de vraies discussions avec de vraies personnes mais notre société n’a pas encore trouvé les moyens de leur offrir cela. Et des événements récents, dans des maisons pour personnes âgées dépendantes, ont montré que l’assistance humaine avait aussi ses limites, quantitatives et qualitatives. Dans le domaine de l’assistance aux personnes en situation de perte d’autonomie, l’idéal sera que le robot soit autant le compagnon de la personne dépendante que de son aidant qui a aussi souvent besoin d’être soulagé.

Conclusion

36La robotique a longtemps souffert (et souffre peut-être encore) d’une mauvaise image. Cela provient de mauvaises raisons, exacerbées par la fiction : la crainte que robots se rebellent et prennent le pouvoir sur l’humanité. Sortis de la fiction, et malgré les progrès de l’intelligence artificielle, les robots n’ont pas de volonté propre, aucun désir d’émancipation et aucune appétence spontanée pour conquérir le monde. En revanche, leur introduction dans l’industrie et l’automatisation en général n’ont fait que renforcer cette vision négative dans le monde réel. Même si les machines permettaient de diminuer la pénibilité de certaines tâches, d’en augmenter les cadences et, par conséquent, abaisser le coût des objets manufacturés, elles ont beaucoup été associées à l’avilissement de l’homme face au travail à la chaine et à la suppression d’emplois. L’invasion des robots dans la fiction peut être vue comme une allégorie de ces machines qui prennent la place de l’homme sur son lieu de travail.

37S’il est indubitable que l’automatisation a supprimé des postes de travail, il ne faut pas en tirer des conclusions trop hâtives : ce ne sont pas les pays les plus robotisés qui ont le plus fort taux de chômage. Une tendance apparaît même ces dernières années : la robotisation pourrait être un moyen de réindustrialiser la France. Pour des tâches difficiles et répétitives, la main d’œuvre humaine, dans un pays comme le nôtre, est chère. Elle devient aussi rare du fait de la défiance vis-à-vis de ce genre de travail. C’est la raison pour laquelle, nous en avons pris conscience pendant la crise que nous avons traversée, beaucoup de produits manufacturés sont fabriqués dans des pays plus ou moins lointains au coût de main d’œuvre réduit. La relocalisation de ce type de production passe, aussi, par la robotisation mais par une robotisation plus agile, plus facile à utiliser qu’illustrent parfaitement les robots coopératifs évoqués dans cet article.

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Bibliographie

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Notes

1 « R.U.R » de Karel Capek (1920)

2 www.robohow.org

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Pour citer cet article

Référence électronique

Rodolphe Gelin, « Du robot solitaire au robot solidaire »e-Phaïstos [En ligne], XI-1 | 2023, mis en ligne le 25 avril 2023, consulté le 14 juin 2026. URL : http://journals.openedition.org/ephaistos/11056 ; DOI : https://doi.org/10.4000/ephaistos.11056

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Auteur

Rodolphe Gelin

Ingénieur des Ponts et Chaussées et titulaire d’un DEA d’Inteligence Artificielle, Rodolphe Gelin est expert leader en Intelligence Artificielle chez Renault. Il est notamment en charge des projets sur l’IA de confiance. Auparavant il a travaillé 10 chez SoftBank Robotics (Aldebaran) où il était en charge de l’innovation. Il y a développé Romeo, un robot humanoïde de grande taille destiné à l’assistance aux personnes âgées. Il avait commencé sa carrière au Commissariat à l’Energie Atomique sur des projets de robotique, de réalité virtuelle et d’intelligence artificielle. Il est l’auteur de plusieurs ouvrages de vulgarisation sur ces 3 sujets.

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