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La robotique en essaim est une branche de la robotique appliquant les méthodes d'intelligence distribuée aux systèmes à plusieurs robots. Il s'agit généralement d'utiliser des robots simples, voire simplistes, et peu coûteux, d'un intérêt individuel assez limité, mais qui ensemble (par exemple via des capacités d'autoassemblage ou d'auto-organisation) forment un système complexe et robuste.
La robotique en essaim cherche à étudier la conception et le comportement des robots. Des règles relativement simples peuvent donner naissance à un ensemble complexe de comportements en essaim voire à des comportements émergents. Une composante clé de l'essaim est la communication entre ses membres, établissant un système de retours en boucle qui vise à la coopération du groupe.
La robotique en essaim s'inspire des études entomologiques sur des insectes sociaux tels que les fourmis, les termites ou les abeilles[1], ou encore les comportements de groupes ou de coopération d'autres organismes (bactéries, vers (ex : Lumbriculus variegatus) bancs de poissons (sardines par exemple), oiseaux (tels que les étourneaux), etc.). L'intérêt est la capacité qu'ont ces agents simples à produire collectivement des systèmes intelligents ; de cette manière, ils réalisent ensemble des tâches inabordables pour un insecte seul. La robotique en essaim cherche à faire de même avec des robots simples[2]. Comme on le verra plus loin, des propriétés intéressantes découlent de cette situation.
Les avantages les plus souvent cités sont :
À ce jour, les essaims de robots ne peuvent remplir que des tâches relativement simples, ils sont souvent limités par leur besoin en énergie. De manière plus générale, les difficultés d'interopérabilité quand on veut associer des robots de nature et d'origines différentes sont aussi encore très limitantes[5].
À la différence de la plupart des systèmes robotiques répartis, la robotique en essaim insiste sur un grand nombre de robots[6] et promeut la mise à l'échelle, par exemple l'utilisation de communications locales sous forme d'infrarouge ou Sans-Fil.
On attend de ces systèmes qu'ils possèdent au moins les trois propriétés suivantes[2] :
Selon Sahin (2005) et Dorigo (2013)[5]dans un système robotique en essaim[7], dans l’essaim :
L’autonomie implique qu'un robot puisse se gouverner par ses propres lois, éventuellement au sein d'un essaim (en acceptant alors les lois de l'essaim).
Selon Huang (2008), un système cybernétique est autonome s'il peut « percevoir, analyser, communiquer, planifier, établir des décisions et agir, afin d’atteindre des objectifs assignés par un opérateur humain ou par un autre système avec lequel le système communique »[9] et cette autonomie peut être quantifiée selon trois axes[10] :
L'agence européenne pour la recherche en robotique[11] a retenu pour sa feuille de route 2020 : 11 niveaux d’autonomie pour les robots, en rappelant que les facteurs environnementaux, le coût d’une mauvaise décision, le temps durant lequel le robot doit être autonome, ainsi que « l’amplitude des décisions qu’il peut prendre, influent sur l’attribution des niveaux d’autonomie d’un système pour une tâche donnée ».
Selon T Sotiropoulos (2018) Le système doit donc à la fois disposer de capteurs de perception de son environnement et d’actionneurs pour agir sur cet environnement via des choix préprogrammés ou faits via une intelligence artificielle. Un système autonome doit pouvoir tenir compte des incertitudes et des évolutions de son environnement ; son niveau d’autonomie est donc lié à ses capacités d’analyser les données acquises par ses capteurs, ainsi que de ses capacités de planification/décision à court, moyen et long termes[12].
L'ingénierie des essaims de robots est dans les années 1990-2020 un secteur encore émergent[13], qui s'appuie notamment sur la science de l'intelligence des essaim[14] ; elle développe de nombreux sujets de R&D dont :
La robotique en essaim reste encore étudiée essentiellement en laboratoire, mais on recense un certain nombre de tâches pour lesquelles des applications de ce domaine existent[2]. Ainsi, elle semble parfaitement adaptée à des tâches de surveillance, d'exploration ou de nettoyage de zones[24], telles que surveiller la pollution d'un lac, ou utiliser des drones aériens pour des contrôles météorologiques[25] ou militaires, l'exploration spatiale[26]. On envisage également de les utiliser pour des tâches généralement effectuées par des êtres humains, mais qui se révèlent être particulièrement dangereuses. Ainsi, un essaim pourrait couvrir un champ de mines et les robots seraient sacrifiés sur les mines, évitant ainsi qu'elles explosent sur quelqu'un. Les propriétés des essaims les rendent aussi adaptés pour toutes les tâches nécessitant des changements d'échelles ou de la redondance[2], et de manière générale, à toutes les tâches ayant besoin d'effectifs en masses, comme les récoltes ou les exploitations minières.
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