Le projet Robobees d’Harvard est une réussite.

Après 12 années de recherches, le robot insecte du projet Robobees de l’université d’Harvard est enfin capable de réaliser des vols contrôlés. D’un longueur de 2 centimètres et d’un poids de 80 mg, c’est le robot volant le plus petit et le plus léger au monde. Jusqu’à l’année dernière le robot n’était capable que de voler quelques secondes de manière non contrôlé. Si il a fallu tant de temps pour arriver à ce résultat final c’est qu’à ces dimensions tout est plus compliqué en terme d’aérodynamique, de matériaux, de moteurs et d’énergie. En effet, la moindre variation des conditions de vent met en péril la stabilité du robot, les matériaux doivent être suffisamment légers pour qu’il puisse s’élever (sachant que plus le robot est léger plus il est sensible aux pressions extérieures) et enfin les moteurs et leur alimentation doivent être adaptés à sa taille. Ce casse tête a finalement été en partie résolu grâce à de très récentes innovations, notamment dans le procédé de fabrication des pièces du robot et dans le choix d’actionneurs piézoélectriques (la piézoélectricité est la capacité d’un matériau à se polariser sous l’effet d’une action mécanique) permettant aux ailes de battre 120 fois par secondes. Quand je dis que les problèmes ont été « en partie » résolus, je fais référence au problème restant de la fourniture et du stockage de l’énergie (comme souvent dans la technologie moderne). En effet, pour le moment les robots-insectes sont alimentés en énergie et contrôlés grâce à un petit câble ce qui rend leur autonomie et leur portée nettement amoindrie. L’objectif à terme (puisque le projet Robobees continu) est d’apporter des solutions à ces problèmes pour qu’un jour ces machines puissent travailler ensemble dans des colonies artificielles pour surveiller l’environnement, pour réaliser la pollinisation et effectuer des missions de recherche et sauvetage ou d’espionnage. Et, comme on le voit avec le processus de fabrication, les innovations technologiques développées le long du chemin sont précieux en eux-mêmes. Comme on peut le voir, ce genre de technologie semble très prometteuse et il y a fort à parier que ce n’est que le début et que des choses impressionnantes sortiront de ces travaux comme le dit Kevin Y. Ma, un des chercheurs du projet: « Je veux créer quelque chose que le monde n’a jamais vu auparavant ».

Le robot-insecte d'Harvard.
Le robot-insecte d’Harvard.

Le robot Petman prêt à servir l’armée américaine.

On commence à être habitué sur ce blog de voir les performances toujours plus impressionnantes des robots de Boston Dynamics, la société crée par un ancien du MIT, à Boston. Le projet Petman, mené pour le compte de l’US Army, consiste en la construction d’un robot anthropomorphe conçu pour tester les vêtements de protection chimique. Des mouvement naturels sont essentiels pour que Petman puisse simuler le comportement d’un soldat soumis à diverses contraintes. De plus Petman simule également la physiologie humaine au sein de la tenue de protection en contrôlant la température, l’humidité et la transpiration pour offrir des conditions de test réalistes. La vidéo ci-dessus présente l’étape finale de développement du projet, c’est-à-dire celle où une combinaison de protection est montée sur le robot et testée dans différentes situations. La machine a été livrée au client et subit actuellement diverses expérimentations visant à la qualifier. Les technologies développées pour ce projet serviront à mettre au point Atlas, le robot qui participera au Darpa Robotics Challenge.

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Le robot petman muni de sa combinaison.

Le robot CHIMP du Darpa Robotics Challenge

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Le Darpa Robotics Challenge représente sans aucun doute une étape importante dans l’histoire de la robotique, les épreuves au cours desquelles on devrait voir 8 robots différents s’affronter pour gagner le prix de 2 millions de dollars seront certainement passionnantes et impressionnantes. On avait déjà présenté les 8 machines dans 3 articles et aujourd’hui on s’intéresse plus particulièrement à un de ces robots: CHIMP de l’université Carnegie Mellon. Le concept de ce robot est original puisqu’il mélange les caractéristiques d’un bipède, d’un quadrupède et d’un robot à roue. En effet , pour des déplacements en terrain dégagé il utilisera les sortes de chenilles installées sur ses 4 membres alors que pour surmonter des obstacles il pourra se tenir sur deux « jambes » et se mouvoir comme un humanoïde. Une chose que tous les robots de la compétition ont en commun, c’est qu’ils sont télécommandés à distance par un humain et cela permet de simplifier leur mise au point en minimisant leur autonomie. Ainsi, l’équipe de Carnegie Mellon souhaite doter son robot d’une très bonne stabilité et d’une grande adaptabilité pour permettre à celui qui le contrôlera de pouvoir réaliser presque n’importe quelle manœuvre. Les capteurs de CHIMP généreront un modèle de textures 3D de son environnement, permettant à l’opérateur de visualiser sa position. Si vous souhaitez en apprendre plus sur ce compétiteur, je vous conseille de visiter le site de la team Tartan rescue ( le nom de l’équipe à l’origine de CHIMP). Des vidéos seront bientôt mises en ligne.

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Les prothèses robotisées à la pointe de la technologie.

La robotique est aujourd’hui devenue une composante importante et prometteuse de la médecine et de la chirurgie. En effet, depuis maintenant plusieurs années il existe dans le monde de nombreux système robotisés qui aident l’être humain dans des domaines comme la chirurgie (le robot Da Vinci est la grande « star » du domaine), la rééducation musculaire (Lokomat pour l’aide à la marche par exemple) et dans les laboratoires sont mis au point des micros/nanos-robots qui permettront dans le futur d’entrer dans le corps pour le soigner de l’intérieur en ciblant précisément les zones concernées et ainsi réduire les effets secondaires et autres dommages collatéraux. Les prothèses sont une des autres applications de la robotique avec des produits à la pointe de la technologie et la possibilité de changer la vie des personnes ayant perdu un ou plusieurs de leurs membres. La vidéo ci-dessus présente un possesseur de la main bebionic3 conçue par la société britannique RSL Steeper. Il contrôle la main bionique grâce aux impulsions électriques générées par les biceps et les triceps. Ces impulsions électriques sont récupérées par des capteurs et l’analyse de ces signaux entraîne le déplacement de la main dans la position correcte. Cette main robotique présente la particularité d’être multi-usages, il en existe en effet 14 modèles différents au niveau de l’adhérence et de la positions des mains. La main bebionic3 artificielle est conçu pour répondre à presque toutes les activités que l’on est susceptible de faire dans une journée moyenne: manger, transporter des sacs, ouvrir des portes, allumer la lumière, utiliser la télécommande ou encore lacer ses chaussures. De plus bebionic3 peut être géré, contrôlé et configuré sans fil, en utilisant le logiciel de programmation bebalance, qui est fourni avec chaque main. Ainsi tout peut être personnalisé, de la force de préhension à la vitesse des moteurs. Cette main est certainement la plus avancée au monde mais d’autres sociétés sont en train de mettre au point leurs propres prothèses et on peut imaginer que dans le futur ces systèmes seront de plus en plus précis et robustes, jusqu’à peut être un jour égaler, voir dépasser, la main humaine.

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Comme nous l’avons vu, les prothèses mécaniques font des progrès énormes mais le point le plus important reste l’analyse des signaux nerveux (pour commander une action à un membre du corps, les neurones du cerveau génèrent un signal électrique qui se propage jusqu’à l’organe concerné). En effet, plus la détection mais surtout l’interprétation de ces signaux sera bonne, plus les prothèses seront précises et réactives. C’est à cette condition qu’il sera possible de mettre au point des mains robotiques aussi performantes que des mains humaines. Dans ce domaine aussi les progrès sont impressionnants. Comme souvent, les animaux, et notamment les singes, ont été utilisés pour les expérimentations et les résultats sont impressionnants: les animaux arrivent à contrôler des bras robotiques à plusieurs degrés de liberté  (deux vidéos de ces expériences peuvent êtres vues ici et ici). Mais l’objectif principal de ces recherches reste l’aide aux personnes et c’est ainsi qu’en 2012 des chercheurs de l’Université de Pittsburgh ont présentés certainement un des systèmes les plus avancés dans le domaine de l’analyse des signaux nerveux. Ils ont implémenter deux petites grilles de 96 électrodes chacune juste sous la surface du cerveau d’une paraplégique, au niveau des neurones qui contrôlent les mouvements de la main et du bras. Les parties du crâne ouvertes au dessus des électrodes ont alors été remplacées par des connecteurs reliés à un ordinateur. Puis, ils ont demandé à la patiente de regarder le bras robotique effectuer certaines actions, et de s’imaginer elle-même en train de réaliser ces actions. Cet apprentissage leur a permis de réaliser une sorte de base de données de l’activité cérébrale, avec un mouvement correspondant aux différentes impulsions renvoyées par les électrodes. Les résultats sont très encourageants et l’équipe semble confiante dans le faite que ces progrès ne sont qu’un début. La vidéo ci-dessous présente la patiente et quelques exploits qu’elle a réussie à accomplir avec ce bras connecté à son cerveau.

La Robot Party 2.0

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Après  le  succès  de  la  première  Robot  Party, l’espace multimédia de la ville de Meudon propose  pour  les 7  à  77  ans,  la Robot Party 2.0 !  Des conférences, des démonstrations, un tournoi de robots et l’opportunité de s’initier  à  la  robotique  de  manière  simple  et  ludique  entouré  par  des  passionnés  et  des professionnels. Ce genre d’initiative en France est à soutenir et nous ne pouvons que vous conseiller d’aller y faire un tour. C’est un bon moyen de se rendre compte qu’aujourd’hui la robotique est pratiquée par de nombreux passionnés et qu’il est possible pour n’importe qui de s’initier sans être forcément un génie de la programmation. Le programme complet est présenté sur l’image ci-dessous.

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Des robots qui travaillent en équipe pour l’exploration spatiale.

On avait déjà parlé du futur de la robotique spatiale dans un précédent article notamment au travers des robots allemands du DFKI et  de son Centre d’Innovation en Robotique à Brème et aujourd’hui ce laboratoire nous présente son nouveau projet: RIMRES (Reconfigurable Integrated Multi Robot Exploration System). Les robots envoyés jusqu’à maintenant sur les corps du système solaire sont à chaque fois seuls et la collaboration entre différentes machines au sol est absente alors que des études ont montrées l’intérêt de tels systèmes se partageant les tâches pour accomplir un même objectif. Ici il s’agît de deux robots: un rover nommé SHERPA et un hexapode (6 pattes) nommé CREX. Le premier transporte le deuxième sous son « ventre » et le dépose une fois qu’il a repéré un lieu qui présente un intérêt géologique ou un interêt en terme de ressources. Les modes de locomotion des deux robots sont différents car pour les grandes distances les roues sont plus adaptés alors que pour l’exploration de cratères, cavités et autres structures difficiles à explorer les pattes robotiques de CREX conviennent mieux. La vidéo ci-dessus montre une animation de ce que pourrait être ce système lors d’une expédition sur la Lune.

La vidéo ci-dessus nous permet de voir que le projet n’est pas qu’une simple animation en image de synthèse et qu’il est même relativement bien avancé. Les robots sont construits et les manoeuvres communes, notamment celles de capture et de libération de CREX, sont en cours de test. SHERPA, d’une masse d’environ 200 kg pour ces tests, aura aussi la possibilité de se servir de son bras robotique comme d’une jambe pour se dégager d’une situation semblable à celle qu’a rencontré le rover Spirit. Il n’y a pas pour le moment de mission prévue par l’agence spatiale européenne utilisant le système RIMRES mais si un jour la décision était prise d’en réaliser une, la Lune serait une destination intéressante, notamment pour effectuer des tâches de spéléologie dans les profonds cratères des pôles et les grottes lunaires à la recherche de caches de glace et d’autres matières. Si vous voulez en savoir plus, c’est ici.

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Les incroyables prouesses des quadricoptères.

Dans le domaine de la robotique et plus particulièrement des drones il y a une catégorie qui se démarque particulièrement des autres pour ses avancées et l’intensité des recherches qui y sont effectuées. Il s’agît des quadricoptères (ou encore quadrirotors), ces petits engins à voilure tournante comportant quatre rotors pour leur sustentation. Pourquoi faire un article sur eux ? Tout simplement car aujourd’hui les chercheurs arrivent à leur faire faire à peu près n’importe quoi: jouer de la musique, construire des structures, renvoyer une balle (vidéo ci-dessus), attraper une balle … Le premier quadricoptère à avoir volé est celui construit par l’Américain d’origine russe George de Bothezat, en 1922 (photo ci-dessous). Depuis cette machine qui n’a jamais volée à plus de 5 m du sol, les quadrirotors se sont bien améliorés et il en existe aujourd’hui une multitude, allant du plus simple à quelques dizaines d’euros à des plus complexes capables de réaliser des vols longs et d’effectuer de multiples tâches.

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Mais pourquoi ce sont ces drones qui ont la faveur des chercheurs en ce moment ? En fait il y a plusieurs raisons mais une des principales est sans aucun doute la stabilité de ces engins, il sont en effet capables de réaliser quasiment n’importe quelle figures acrobatiques (vidéo ci-dessous). Les applications envisagées pour ce type d’engins sont nombreuses:  il a été imaginé par exemple que l’on pourrait utiliser des quadricoptères équipés de défibrillateurs pour porter secours très rapidement à des personnes subissant un arrêt cardiaque, ou encore reconvertir ces engins en livreurs à domicile ce qui permettrait d’atteindre des temps de livraisons records. Bien évidemment pour que ce type d’activités soient autorisées il faudra que les agences en charge de la sécurité aérienne donnent leur approbation car voler au dessus de villes n’est pas sans danger et les règles sont stricts dans ce domaine. Mais l’application majeure à laquelle en pense lorsque l’on parle des quadricoptères est la défense et la sécurité. Les militaires voient dans ce type de drones un moyen bon marché, sûr et performant d’effectuer des missions de reconnaissances, d’espionnages et autres activités de renseignements. Les polices pourraient aussi voir un intérêt pour leurs missions de surveillances des quartiers sensibles.

En revanche, l’utilisation de tels engins pour la surveillance par des civils sans caractère officiel pourrait représenter une menace au respect de la vie privée et donc la loi doit encore être modifiée pour s’adapter à l’arriver de ces pratiques. De plus, pour le moment il reste plusieurs points techniques à améliorer avant d’envisager toute utilisation massive des quadricoptères. En effet, à l’heure actuelle, l’autonomie de ces engins est encore trop faible (quelques dizaines de minutes tout au plus) et cela restreint donc énormément leur portée et donc leurs domaines d’applications. En plus de cette autonomie énergétique qui reste à améliorer, il y a l’autonomie en terme de localisation, de prise de décisions et d’interaction avec l’environnement extérieur qui pose encore problème. Les drones d’aujourd’hui effectuent quasiment toute leurs prouesses dans les installations de laboratoires où ils sont aidés par des caméras et des senseurs installées un peu partout.  Il faudra donc les rendre plus indépendants en les dotant de leurs propres moyens de détection et d’algorithmes performants. Si vous voulez en savoir plus sur l’avenir des quadricoptères, je vous conseille de regarder cette vidéo (en anglais) très intéressante d’une présentation par un spécialiste du domaine.

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L’exploration de Mars: le futur.

Après avoir vu la situation actuelle de l’exploration martienne, intéressons nous aux futures sondes qui partiront à destination de la planète rouge. Il y a aujourd’hui, de façon certaine, cinq missions en cours avec des dates de lancement qui vont de novembre 2013 à 2020. Sur ces cinq missions, il y en a trois américaines (MAVEN, InSight et un clone de Curiosity que l’on appellera entre nous Curiosity 2.0), une indienne (Mangalyaan) et une franco-russe (ExoMars). Commençons par cette dernière. Après de multiples rebondissements, celle-ci semble enfin sur les rails mais cela n’a pas été simple. En effet, au départ, l’ESA (l’agence spatiale européenne) s’était associée avec la NASA pour réaliser cette ambitieuse et coûteuse mission mais suite aux difficultés financières outre-atlantique cette-dernière s’est finalement retirée du programme (argument discutable puisque peu après l’annonce du retrait américain de cette mission, la NASA annonçait le lancement de Curiosity 2.0). Finalement, l’ESA a réussie à trouver un nouveau partenaire avec Roscosmos (l’agence spatiale russe) et leur partenariat a été confirmé lors de la dernière rencontre des ministres européens en charge de l’espace. ExoMars compte en fait deux missions distinctes: en 2016, un lanceur russe Proton lancera un satellite vers Mars, nommé Trace Gas Orbiter (TGO), qui effectuera des analyses de l’atmosphère martienne et aidera aussi à sélectionner un site d’atterrissage pour le rover de la deuxième mission, en 2018. Pour préparer  et acquérir les technologies nécessaires à son premier atterrissage sur la surface de Mars, l’ESA enverra aussi, aux côtés de TGO, un petit lander nommé « Entry, Descent and Landing Demonstrator Module » (EDM). L’atterrissage se fera grâce à un parachute et des rétrofusées. La deuxième mission du programme ExorMars, en 2018, comprendra un rover (vidéo ci-dessus) et un module d’atterrissage pour celui-ci (construit à 80% par les russes et à 20% par les européens). Ces derniers seront aussi lancés par une fusée Proton à Baïkonour. Le rover aura la particularité de pouvoir forer le sol jusqu’à 2 m pour prélever des échantillons qui pourraient contenir des traces d’une vie passée ou présente.

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Voyons maintenant les futurs engins de la NASA qui iront se poser sur la surface de Mars. Trois projets sont actuellement en cours: MAVEN, InSight (image ci-dessus) et Curiosity 2.0. Le premier est un satellite qui sera lancé entre novembre et décembre 2013 depuis Cap Canaveral par une fusée Atlas V. Il s’insérera en orbite martienne, si tout va bien, le 22 septembre 2014. L’objectif de MAVEN est de déterminer l’histoire de la perte de gaz atmosphériques à travers le temps pour fournir des réponses sur l’évolution du climat sur ​​Mars. La seconde mission, InSight consistera en un lander similaire à Phoenix qui s’est posé sur mars en mai 2008. Le lancement est prévu pour 2016 et le lander emportera deux instruments scientifiques : un sismomètre et un capteur de flux de chaleur s’enfonçant jusqu’à 5 mètres sous la surface du sol. Tous deux doivent fournir des données qui contribueront à mieux connaître la structure et la composition interne de Mars. Enfin, la troisième mission est encore mystérieuse mais on sait que la plupart des technologies développées pour Curiosity seront réutilisées (notamment son système d’atterrissage sky-crane). La date de lancement envisagée à l’heure actuelle est 2020 mais des changements sont possibles.

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Aux côtés des grandes nations du spatial, l’Inde devrait aussi se faire remarquer cette année. Nous reparlerons des projets de l’ISRO (l’agence spatiale indienne) dans un autre article mais celle-ci mène plusieurs projets très ambitieux (notamment un programme habité). Mais ici c’est dans le domaine de l’exploration martienne que nous retrouvons les indiens avec la mission Mangalyaan (photo ci-dessus) qui devrait être lancée en novembre 2013 par un lanceur national, le PSLV (Polar Satellite Launch Vehicle). D’une masse de 500 kg, la sonde comprendra plusieurs instruments scientifiques qui permettront d’étudier par exemple la présence de méthane dans l’atmosphère martienne mais l’objectif principal de la mission est surtout technologique, Mangalyaan est vu avant tout comme un démonstrateur technologique qui permettra à l’Inde d’acquérir le savoir-faire nécessaire pour la conduite de missions interplanétaires. Si elle réussie, ce sera la première mission asiatique à destination de Mars (si on ne compte pas la Russie comme un pays d’Asie). On peut néanmoins noter que ce n’est pas la première tentative puisque la Chine avait voulu envoyer l’orbiteur Yinghuo-1 vers la planète rouge lors de la missions ratée Phobos-Grunt. Nul doute que la Chine, en tant que nouvelle grande nation du spatial, retentera sa chance très prochainement.

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