ENGINEERINGNET.BE - Pour remplir une fonction précise, un robot ne peut pas se permettre de tomber en panne.
La conception robotique doit avoir comme priorité absolue de diminuer les risques de défaillance. Mais cette priorité contredit la raison d’être de la robotique: les systèmes composés de plusieurs unités, ou agents, sont faits pour remplir des fonctions multiples, ils comportent donc davantage de pièces susceptibles de tomber en panne.
Dirigée par Jamie Paik, une équipe du Laboratoire de robotique reconfigurable (RRL) de la Faculté des sciences et techniques de l’ingénieur de l’EPFL, a non seulement contourné ce problème, mais l’a aussi inversé: les roboticiens et roboticiennes ont conçu un robot modulaire qui réduit ses risques de défaillance en partageant les ressources entre ses agents individuels.
«Pour la première fois, nous avons trouvé un moyen d’inverser la tendance qui veut que les risques de panne augmentent quand l’augmentation des fonctions, explique Jamie Paik. Nous introduisons le partage local des ressources en tant que nouveau paradigme de la robotique, réduisant le taux de panne à mesure que le nombre de modules augmente.»
Dans un article publié dans Science Robotics, l’équipe a montré comment l’exploitation de ressources redondantes et leur partage local permettaient à un robot origami modulaire de se déplacer avec succès sur un terrain complexe, même lorsqu’un module était complètement privé d’alimentation, de détection et de communication sans fil.
L’équipe du RRL s’est inspirée de la nature, où le problème de défaillance est souvent résolu collectivement. Les oiseaux partagent les informations de détection locales grâce à leur comportement de vol en groupe, les arbres transmettent les menaces à leurs voisins à l’aide de signaux aériens, et les cellules transportent continuellement les nutriments à travers leurs membranes de sorte que la mort d’une cellule n’affecte pas de manière significative l’ensemble de l’organisme.
Composés de plusieurs unités qui se connectent pour former un système complet, les robots modulaires sont analogues aux organismes multicellulaires ou collectifs.
Mais jusqu’à présent, leur conception était source de vulnérabilité: la défaillance d’un module empêche souvent le robot d’exécuter certaines tâches, sinon toutes.
Certains robots modulaires contournent ce problème avec des ressources de sauvegarde intégrées ou des capacités d’auto-reconfiguration, mais ces approches ne rétablissent généralement pas complètement les fonctionnalités.
Pour son étude, l’équipe du RRL a utilisé ce qu’on appelle l’hyper-redondance: le partage de l’ensemble des ressources critiques d’alimentation, de communication et de détection entre tous les modules, sans aucune modification de la structure physique du robot.
«Nous avons constaté que partager seulement une ou deux ressources n’est pas suffisant: si chaque ressource a la même probabilité de panne, la fiabilité du système continuerait de baisser quand on augmente le nombre d’agents. Mais lorsque toutes les ressources ont été partagées, cette tendance s’est inversée», indique Jamie Paik.
L’équipe a testé le concept avec le robot Mori3, composé de quatre modules triangulaires. Elle a coupé la batterie d’alimentation, la communication sans fil et la détection vers le module central.
Normalement, ce module central «mort» bloquerait l’articulation et le mouvement des trois autres, mais, grâce à l’hyper-redondance, les modules voisins ont compensé l’absence de ressources. Cela a permis à Mori3 de «marcher» avec succès vers un obstacle et de se contorsionner efficacement pour passer en dessous.
«Schématiquement, notre méthodologie nous a permis de “réanimer” un module mort dans un collectif et de le rendre pleinement fonctionnel. Notre modèle de partage local des ressources a donc le potentiel de prendre en charge des robots hautement adaptatifs capables de fonctionner avec une fiabilité sans précédent, résolvant finalement le conflit fiabilité-adaptabilité», résume Kevin Holdcroft, chercheur au RRL et principal auteur.
De futurs travaux pourraient porter sur l’application de ce modèle de partage des ressources à des systèmes plus complexes avec un nombre croissant d’agents.
En particulier, le même concept pourrait être étendu aux essaims de robots, avec des adaptations matérielles permettant aux membres des essaims de s’arrimer les uns aux autres pour le transfert d’énergie et d’informations. (Auteur: Celia Luterbacher - Source: EPFL)
