Comment faire coopérer des robots autonomes

Un drone est un sys­tème auto­nome s’il maî­trise trois fonctions : 

• le diag­nos­tic de son bon état de fonctionnement
• la maî­trise de sa navi­ga­tion autonome
• la maî­trise de sa mis­sion autonome 

On peut envi­sa­ger ensuite de faire tra­vailler simul­ta­né­ment plu­sieurs appa­reils s’ls savent com­mu­ni­quer entre eux. 

Pour qu’un drone soit un sys­tème auto­nome, il doit maî­tri­ser trois aspects. 

• Le pre­mier aspect est la maî­trise de son fonc­tion­ne­ment interne, de son état. Ain­si, le véhi­cule doit être capable de diag­nos­ti­quer les pannes de ses propres com­po­sants et de déter­mi­ner s’il peut encore appli­quer cor­rec­te­ment les consignes qu’il reçoit. 
• Le deuxième aspect est la maî­trise de la navi­ga­tion auto­nome, c’est-à-dire des dépla­ce­ments du véhi­cule dans son envi­ron­ne­ment. Par exemple, la capa­ci­té pour le véhi­cule de pou­voir rejoindre un point de pas­sage en tenant compte des obs­tacles comme des bâti­ments et de l’absence pos­sible de don­nées GPS mas­quées par ces bâtiments. 
• Quand cette navi­ga­tion est maî­tri­sée, on peut deman­der au véhi­cule de réa­li­ser une mis­sion par lui-même, par exemple pour la pla­ni­fi­ca­tion d’une patrouille pour sur­veiller une zone. Ce troi­sième aspect est la maî­trise de la mis­sion autonome. 

Quand les com­mu­ni­ca­tions le per­mettent, cer­taines fonc­tion­na­li­tés peuvent être dépor­tées dans un centre d’opérations.

EXPLOITER LES COMPLÉMENTARITÉS ENTRE ROBOTS

Au niveau « mul­ti­drone », une mis­sion de sur­veillance par exemple peut exploi­ter les drones aériens pour la sur­veillance de larges zones, tan­dis que des robots ter­restres sont char­gés d’explorer les bâti­ments et les zones cou­vertes par la végétation. 

“ La coopération entre drones aériens et sous-marins permet de rechercher plus efficacement une épave ”

Une coopé­ra­tion entre drones aériens et sous-marins per­met de recher­cher plus effi­ca­ce­ment une épave de bateau relâ­chant le conte­nu de son réser­voir en mer. 

Les drones aériens peuvent ain­si détec­ter des éma­na­tions d’hydrocarbures en sur­veillant une large zone pour gui­der plus pré­ci­sé­ment les drones sous-marins vers l’épave échouée. Ces mis­sions tirent par­ti de la com­plé­men­ta­ri­té entre les dif­fé­rents robots, qui per­met aus­si de résis­ter à la perte d’un robot. 

Mais elles intro­duisent aus­si de nou­velles contraintes, notam­ment liées à la com­mu­ni­ca­tion néces­saire pour un tra­vail d’équipe.

DES CHAMPS DE RECHERCHE ÉTENDUS

Ces mis­sions font l’objet de nom­breuses recherches, comme c’est le cas à l’ONERA, sur les fonc­tions d’autonomie indi­vi­duelle (navi­ga­tion en envi­ron­ne­ment sans GPS, recon­fi­gu­ra­tion suite à une panne), de fusion des don­nées (inté­gra­tion des don­nées en pro­ve­nance des dif­fé­rents cap­teurs), de pla­ni­fi­ca­tion (cal­cul de plans d’action pour l’équipe hors ligne avant le début de la mis­sion et en ligne pen­dant la mis­sion lorsqu’un évé­ne­ment per­tur­ba­teur empêche sa réa­li­sa­tion) et de super­vi­sion (contrôle en ligne de l’exécution cor­recte des actions du plan et ges­tion de la réac­tion aux évé­ne­ments perturbateurs). 

Une archi­tec­ture logi­cielle mul­ti­drone per­met de faire coopé­rer plu­sieurs véhi­cules auto­nomes pour la réa­li­sa­tion de leur mission.

COMMUNICATIONS NON GARANTIES

Pour être capables de coopé­rer, les robots doivent pou­voir com­mu­ni­quer ensemble. Dans des envi­ron­ne­ments éten­dus ou sur­char­gés, ces com­mu­ni­ca­tions ne sont pas garan­ties. L’équipe doit donc pou­voir gérer ces com­mu­ni­ca­tions incertaines. 

Cer­taines des approches pro­po­sées veulent main­te­nir la com­mu­ni­ca­tion en per­ma­nence entre tous ses membres. 

Cer­tains robots sont alors char­gés de ser­vir de relais de com­mu­ni­ca­tion pour per­mettre aux autres de se concen­trer sur la mis­sion à accomplir. 

Cela per­met par exemple d’assurer la dif­fu­sion d’un flux vidéo depuis un robot très éloi­gné du centre de super­vi­sion même en l’absence de com­mu­ni­ca­tion directe (par exemple le pro­jet Anchors). 

PLUS D’AUTONOMIE

Une autre approche consiste à pour­suivre la mis­sion même en l’absence de com­mu­ni­ca­tion. Cela néces­site une auto­no­mie plus impor­tante de la part de chaque robot, qui peut se retrou­ver iso­lé du reste de l’équipe tout en devant conti­nuer d’assurer la mis­sion (par exemple le pro­jet Action). 

C’est aus­si le cas des mis­sions sous-marines où les com­mu­ni­ca­tions entre les robots sont limi­tées par le sup­port acous­tique (par exemple le pro­jet Swarms). 

“ Donner à l’équipe la capacité de décider en ligne des réactions aux changements ”

Un autre chal­lenge en robo­tique auto­nome concerne l’autonomie sur le long terme. Cela implique, pour un robot, d’être capable de se rechar­ger auto­ma­ti­que­ment pour réa­li­ser des mis­sions allant au-delà de son auto­no­mie énergétique. 

Cela signi­fie aus­si être capable de recon­naître des chan­ge­ments qui trans­forment l’environnement et changent ce que les cap­teurs per­çoivent du même envi­ron­ne­ment : le pas­sage jour-nuit, le brouillard, la tom­bée de la neige, la chute des feuilles en automne, etc. 

Au niveau des capa­ci­tés de l’équipe, il devient néces­saire de ne plus tout pré­voir dès le début de mis­sion mais de savoir mettre le plan à jour régulièrement. 

NOUVELLES PERSPECTIVES

La coopé­ra­tion entre drones hété­ro­gènes per­met non seule­ment de tirer avan­tage des capa­ci­tés intrin­sèques de chaque robot, mais aus­si d’implémenter des stra­té­gies qui aug­mentent leurs capa­ci­tés cumu­lées. Il devient alors pos­sible de réa­li­ser des mis­sions com­plexes qu’un seul robot ne pour­rait mener à bien. 

Les recherches doivent se pour­suivre pour amé­lio­rer cette coopé­ra­tion qu’on ne trouve qu’en labo­ra­toire ; par exemple, le pro­jet Action a per­mis de tes­ter les déve­lop­pe­ments scien­ti­fiques dans un envi­ron­ne­ment repré­sen­ta­tif. Les nom­breuses thèses sur le sujet montrent l’intérêt de cette autonomie. 

Dans ces recherches, le pre­mier défi est d’embarquer sur les drones des capa­ci­tés de mis­sion auto­nome leur per­met­tant de s’entraider pour la réa­li­sa­tion de la mission. 

Dans un contexte réel, des évé­ne­ments vont régu­liè­re­ment per­tur­ber le dérou­le­ment de la mis­sion. Le deuxième défi est alors de don­ner à l’équipe la capa­ci­té de déci­der en ligne des réac­tions à ces changements. 

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