Thèmes Scientifiques TS1 : Mouvement et Autonomie

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TS1 : Mouvement et Autonomie

Le mouvement et sa production par un système physique est le cœur même de la recherche en robotique. Le thème scientifique TS1 vise ainsi à fédérer la communauté autour des différentes problématiques liées à cette question centrale du mouvement. Nous nous intéressons aux différentes étapes concourantes à la conception de robots et à la commande de ses mouvements, qu'il s'agisse de tâches de préhension, de manipulation, de navigation, d'inspection, etc. Les échelles considérées vont du nano au macro-monde. Les nouveaux paradigmes en conception et commande intégrant aussi bien des éléments hardware (instrumentation, perception, matériaux, structure) que software (identification, modélisation, simulation, algorithmes, planification) sont abordés dans ce thème.

L'objectif sera de réunir des chercheurs au carrefour de ces différents domaines inhérents à la robotique, pour débattre, de manière pluridisciplinaire, des moyens de concevoir un robot capable de se déplacer pour une application visée, de le contrôler avec un système en adéquation avec sa mécanique et les contraintes de son environnement et de l'application, et enfin de pouvoir animer le robot, soit dans le but de rejouer un mouvement appris pour tendre vers l'autonomie du système, soit de manière complètement autonome.

Thèmes émergents et défis

La question du traitement de cette complexité croissante en robotique à travers l'analyse de la tâche, la perception, l'architecture mécatronique, l'actionnement, et la commande reste entière. Une des difficultés majeures réside dans la compatibilité entre les modèles de représentation du monde physique et les algorithmes de planification, de navigation et de contrôle du mouvement. Les défis incluent la conception innovante de systèmes robotiques complexes (tant au niveau matériel que logiciel), l’intégration de capteurs et de technologies de pointe, la fusion de données multi-sensorielles, la gestion de la variabilité de l'environnement, l'interaction et la coopération avec l'environnement, l'humain ou d’autres robots parfois hétérogènes, la nécessité d'architectures robotiques reconfigurables, modulaires et évolutives, le développement de stratégies de conception et de commande frugales et aussi la généricité des approches.

Les problématiques scientifiques soulevées par ces enjeux sont multiples et sont le plus souvent communes aux différentes applications et échelles dimensionnelles visées (macro vs. micro-préhension par exemple). Elles sont appréhendées soit du point de vue de la conception robotique, soit du contrôle moteur ou sensori-moteur. Un des objectifs majeurs de ce thème scientifique sera alors de questionner la production du mouvement d’un robot par une mise en œuvre synergique entre la conception mécanique du robot et les stratégies de commande et de planification afin de caractériser le comportement des coordinations motrices intra (segments du corps du robot) et inter-personnelles ou extra-personnelles (coordination avec l’humain ou le robot partenaire).

A ce titre les méthodes bio-inspirées peuvent être une solution pertinente et doivent être considérées dans ce thème qui a également pour vocation l’ouverture vers d’autres disciplines en sciences humaines, neurosciences, biomécanique, etc.  Il s’agit d’une part d’étudier le comportement sensorimoteur de l’homme, d'animaux ou d'insectes à partir de systèmes de capture de mouvement et/ou différents systèmes de mesure, dans le but d’imiter ou de mettre en évidence des invariants ou des principes pouvant être appliqués à la commande de robots ou de mannequins numériques. D’autre part, il s’agit d’étudier les différents modèles biologiques du fonctionnement du système sensorimoteur, dans le but d’identifier des éléments permettant de définir de nouvelles méthodes de perception, de planification de mouvement et de synthèse de la commande des systèmes dynamiques afin d'accroître leur autonomie.

La question de la mesure et de l’évaluation de la qualité des mouvements est par conséquent d’importance. Ainsi, ce thème couvrira également les recherches sur le développement et l'évaluation de méthodes et de modèles pour la mesure, l'analyse et la simulation du mouvement des structures humaines, animales ou robotiques. Il s’agit de mettre à profit des connaissances acquises dans l'analyse du mouvement afin d'améliorer la conception, le contrôle et la commande de structures robotiques anthropomorphes et/ou bio-inspirées et de systèmes de contrôle destinés à reproduire les capacités sensorimotrices humaines ou animales (perception, locomotion, préhension, manipulation dextre, etc.). En outre, l'étude de l'impact de l'inclusion de caractéristiques et d'invariants des mouvements biologiques dans les mouvements des robots (tels que le compromis vitesse-précision ou la loi de la puissance deux tiers etc.) sur l'acceptabilité des robots est un domaine de recherche ouvert notamment pour les applications interactives ou collaboratives pour lesquelles la question de la fluidité et spontanéité des mouvements est primordiale.