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. 

---

Articles similaires :

Sur­veiller les infra­struc­tures de façon plus effi­cace et moins coûteuse Les drones aériens investis­sent l’espace maritime Dro­nis­er un avion : les enjeux et les atouts Des inspec­tions guidées par laser La sécuri­sa­tion des vols, enjeu majeur pour la filière A la recherche d’un nou­veau cadre juridique