L’autonomie ajustable en robotique militaire terrestre

Effectuer des tâch­es pénibles ou répétitives

L’in­tro­duc­tion des sys­tèmes robo­t­isés répond générale­ment à trois objec­tifs prin­ci­paux : réalis­er les travaux dan­gereux (tout en lim­i­tant l’ex­po­si­tion de l’homme), accroître l’ef­fi­cac­ité des forces et effectuer des tâch­es pénibles ou répétitives.

Ces objec­tifs opéra­tionnels cou­vrent un large spec­tre de mis­sions telles que l’ob­ser­va­tion, la recon­nais­sance, la sur­veil­lance de zones ou de périmètres, la pro­tec­tion des itinéraires, la logis­tique, ou encore le contre-minage. 

Reconnaissance et transport

Les robots (aériens ou ter­restres) com­men­cent ain­si à être large­ment util­isés sur le champ de bataille. À titre d’ex­em­ple, aux États-Unis, des plates-formes comme le Pack­bot et le Talon ont déjà effec­tué plus de 20 000 mis­sions (recon­nais­sance et neu­tral­i­sa­tion d’ex­plosifs ou de col­is piégés) en Irak. Le pro­gramme améri­cain FCS (Future Com­bat Sys­tem) prévoit en out­re la mise en ser­vice prochaine de plusieurs mil­liers de robots dédiés à la recon­nais­sance, à la neu­tral­i­sa­tion d’ob­jec­tifs ou au trans­port logis­tique (ARV, MULE, SUGV). Des démon­stra­teurs sont égale­ment en cours d’é­val­u­a­tion pour des mis­sions comme l’ex­trac­tion de blessés (robot Bear notam­ment). Cette approche très volon­tariste s’in­scrit dans un texte voté par le Con­grès qui stip­ule que, d’i­ci 2015, un tiers de la flotte de véhicules ter­restres de com­bat sera con­sti­tué de sys­tèmes non habités.

REPÈRES
L’idée de l’u­til­i­sa­tion mil­i­taire des robots n’est pas nou­velle. Dès la Pre­mière Guerre mon­di­ale ont été imag­inés des robots des­tinés à forcer les bar­rières de bar­belés séparant les tranchées. Il fau­dra toute­fois atten­dre la Sec­onde Guerre mon­di­ale pour voir aboutir la pre­mière util­i­sa­tion opéra­tionnelle, par les armées alle­man­des, de robots téléopérés dédiés à l’ou­ver­ture de brèch­es et à la dépose de charges explosives.

Out­re les robots de démi­nage et de neu­tral­i­sa­tion d’ex­plosifs, d’autres pays comme le Roy­aume-Uni et Israël com­men­cent égale­ment à déploy­er des robots de recon­nais­sance et de sur­veil­lance sur le ter­rain (VipeR, Drag­on Run­ner, Guardi­um). L’usage d’armes téléopérées sur les robots n’est plus tabou, même s’il est encore polémique, comme le mon­tre la réac­tion de la presse au déploiement de 3 exem­plaires du sys­tème améri­cain Swords (Spe­cial Weapons Obser­va­tion Remote recon­nais­sance Direct action Sys­tem) à l’été 2008 au Moyen- Ori­ent. Au niveau européen, l’Alle­magne priv­ilégie une approche cen­trée sur la téléopéra­tion de plates-formes lour­des tan­dis que le Roy­aume- Uni pro­pose un éven­tail de robots opéra­tionnels qui vont du robot portable au sys­tème ultralourd de con­tre-minage. Quant à la France, elle appa­raît en pointe dans le développe­ment des fonc­tions robo­t­iques, allant de la téléopéra­tion assistée à des com­porte­ments de nav­i­ga­tion bien plus autonomes comme l’évite­ment d’ob­sta­cles, le rejeu de tra­jec­toires, ou le suivi de routes. 

La surveillance du champ de bataille

Si les seuls robots en dota­tion dans les forces sont aujour­d’hui des plates-formes téléopérées dédiées aux opéra­tions de démi­nage et de neu­tral­i­sa­tion d’ex­plosifs, la fais­abil­ité tech­nique d’autres types de sys­tèmes robo­t­isés opéra­tionnels a été démon­trée dans dif­férents seg­ments de mis­sions au cours des deux dernières décen­nies : recon­nais­sance et sur­veil­lance du champ de bataille pour les sys­tèmes Dards et Syra­no, ouver­ture d’it­inéraires pour le démon­stra­teur fran­co-alle­mand MMSRSy­dera ou encore assis­tance au com­bat­tant débar­qué en zone urbaine pour les trois miniro­bots du démon­stra­teur MiniRoC. 

Où porter les efforts pour favoriser l’utilisation opérationnelle des robots ?

L’ac­cep­ta­tion de la robo­t­ique passe essen­tielle­ment par la con­fi­ance des hommes dans les sys­tèmes. Or le con­stat actuel est celui de plates- formes per­for­mantes mais équipées de logi­ciels insta­bles, ou d’ar­chi­tec­tures per­ti­nentes mais sur des engins insuff­isam­ment robustes. Bref, un niveau de matu­rité tech­nologique qui a large­ment dépassé la recherche amont dans un cer­tain nom­bre de thé­ma­tiques, mais n’est pas encore au niveau de l’usage opéra­tionnel sans condition.

Con­cevoir des robots effi­caces et sans contraintes

En con­séquence, out­re la mise au point de plates- formes plus résis­tantes, les travaux français actuels visent le développe­ment de sys­tèmes où homme et robot se parta­gent les tâch­es au pro­ra­ta de leurs com­pé­tences respec­tives (par exem­ple l’homme se con­cen­tre sur l’ex­ploita­tion des charges utiles embar­quées, tan­dis que le robot prend en charge le déplace­ment automa­tisé). En effet, la mise en oeu­vre de robots totale­ment autonomes n’est ni réal­iste à court terme pour la réal­i­sa­tion de tâch­es com­plex­es, ni for­cé­ment souhaitable sur le plan opéra­tionnel, car il reste extrême­ment dif­fi­cile d’in­cul­quer aux robots des notions de haut niveau, liées à la doc­trine notam­ment. À l’op­posé, la téléopéra­tion induit des con­traintes fortes en ter­mes de bande pas­sante, et n’est pas crédi­ble lorsque le téléopéra­teur est soumis à un dan­ger et à un stress impor­tants (fan­tassin en zone urbaine par exemple).

Con­trôler l’autonomie
Depuis une quin­zaine d’an­nées, nos travaux se sont focal­isés sur le développe­ment et le con­trôle de l’au­tonomie pour la robo­t­ique aéroter­restre, avec d’une part les aspects liés à la per­cep­tion en milieu hos­tile et son inté­gra­tion au sein d’ar­chi­tec­tures de con­trôle de sys­tèmes robo­t­isés autonomes, d’autre part le prob­lème des inter­ac­tions homme-robot avec le développe­ment et l’ex­péri­men­ta­tion d’un con­cept d’au­tonomie ajustable.

Les démon­stra­teurs récents se con­cen­trent donc sur des modes d’in­ter­ac­tion homme-robot plus élaborés et plus flex­i­bles, où le niveau d’au­tonomie du robot évolue selon la charge de tra­vail de l’opéra­teur, la com­plex­ité des tâch­es à réalis­er et la dif­fi­culté de l’en­vi­ron­nement : l’ob­jec­tif est de con­cevoir des assis­tants robo­t­isés effi­caces au ser­vice des com­bat­tants, en lim­i­tant au min­i­mum leurs con­traintes d’u­til­i­sa­tion. L’ensem­ble des travaux de per­cep­tion autonome présente un car­ac­tère rel­a­tive­ment prag­ma­tique, sus­cep­ti­ble de débouch­er rapi­de­ment sur des sys­tèmes opéra­tionnels : cela nous a amenés à nous con­cen­tr­er sur des proces­sus de per­cep­tion spé­cial­isés pour des tâch­es ou des con­textes par­ti­c­uliers, pou­vant s’in­té­gr­er facile­ment dans des com­porte­ments sen­so­ri­mo­teurs aisé­ment exploita­bles par le robot : suivi de mur, suivi de route, évite­ment d’ob­sta­cle, etc.

S’adapter au con­texte opéra­tionnel et à la nature de la mission

Il a fal­lu ensuite abor­der les prob­lèmes de con­cep­tion et de réal­i­sa­tion d’ar­chi­tec­tures de sys­tèmes robo­t­isés autonomes : nous avons alors con­sid­éré les prob­lé­ma­tiques de per­cep­tion (analyse d’im­ages), d’ac­tion, de traite­ment en temps réel, et de déci­sion, sous l’an­gle de la mise en com­mun de toutes ces capac­ités dans un sys­tème (avec un ou plusieurs robots) réel, autonome et en boucle fer­mée. Cela a été ren­du pos­si­ble par les études d’une archi­tec­ture de con­trôle adap­tée à la robo­t­ique ter­restre, bap­tisée Harpic, qui organ­ise les divers­es capac­ités à la dis­po­si­tion du robot en un tout cohérent. Ces développe­ments con­cer­nant la per­cep­tion et les archi­tec­tures de con­trôle ont finale­ment été fédérés dans un sys­tème d’au­tonomie ajustable, qui four­nit au téléopéra­teur dif­férents modes de con­trôle du robot, allant de la téléopéra­tion pure jusqu’à l’au­tonomie com­plète, lui per­me­t­tant ain­si d’adapter sa charge selon le con­texte opéra­tionnel et la nature de la mission.

L’ar­chi­tec­ture de con­trôle Harpic

La spé­ci­ficité de cette archi­tec­ture de con­trôle réside dans l’organisation des ressources de cal­cul (algo­rithmes et cal­cu­la­teurs), de per­cep­tion (cap­teurs) et d’action (action­neurs) autour de deux boucles exé­cutées à des échelles tem­porelles dif­férentes : une boucle temps réel asso­ciant étroite­ment cap­teurs et action­neurs, et une autre boucle se déroulant sur une échelle de temps plus lente qui gère d’une part les représen­ta­tions de l’environnement que se con­stru­it le robot, d’autre part les divers événe­ments pou­vant arriv­er à des instants non prévus  Cette archi­tec­ture a été éten­due au cadre mul­ti­ro­bot par l’adjonction de mécan­ismes de com­mu­ni­ca­tion et de partage d’information entre dif­férentes plates-formes, puis au con­texte de l’autonomie ajustable. L’opérateur vient rem­plac­er l’un des mod­ules de l’architecture (dédié à la sélec­tion de com­porte­ments), l’interface homme-robot étant dévelop­pée comme un agent du système.

Rallier les objectifs

Validés à tra­vers divers­es expéri­men­ta­tions en envi­ron­nement intérieur et urbain, ces travaux ont inspiré les spé­ci­fi­ca­tions du pro­gramme d’é­tudes amont Tarot de la DGA, qui étend les principes de cette archi­tec­ture au déplace­ment en extérieur, avec des com­porte­ments tels que le suivi de véhicule, le suivi de lisière ou le ral­liement d’ob­jec­tifs en ter­rain acci­den­té. Un pied d’é­gal­ité Pour être au ren­dez-vous du Livre blanc Défense et Sécu­rité nationale, qui iden­ti­fie la robo­t­ique comme une rup­ture tech­nologique pressen­tie à l’hori­zon 2020–2030, un cer­tain nom­bre de tech­nolo­gies clés restent à dévelop­per ou à amélior­er. Il s’ag­it en par­ti­c­uli­er des moyens de loco­mo­tion inno­vants (ex. : robots capa­bles de grimper sur des parois ver­ti­cales) per­me­t­tant aux robots d’évoluer en envi­ron­nement tout ter­rain ou dans les milieux urbains déstruc­turés. Il importe égale­ment de pour­suiv­re les travaux sur la per­cep­tion autonome robuste pour la nav­i­ga­tion, la local­i­sa­tion, la mod­éli­sa­tion de l’en­vi­ron­nement et l’analyse de sit­u­a­tion, dans des envi­ron­nements dynamiques et des con­di­tions météorologiques variées.

Com­mu­ni­quer en zone urbaine

En vue de faciliter l’u­til­i­sa­tion des engins robo­t­isés, il serait utile de définir des modes d’in­ter­ac­tion homme-robot plus évolués (en visant à long terme le principe des ” ini­tia­tives mixtes ” où les deux entités, homme et robot, coopèrent sur un pied d’é­gal­ité), d’ex­ploiter des inter­faces hom­mema­chine avancées (inter­faces mul­ti­modales, gants tac­tiles, visée ” tête haute ”), et d’aug­menter l’au­tonomie déci­sion­nelle des sys­tèmes afin de met­tre en oeu­vre des com­porte­ments plus ” tac­tiques ” (cam­ou­flage, modes de déplace­ment fur­tifs ou rapi­des) voire des com­porte­ments col­lab­o­rat­ifs mul­ti­ro­bots, éventuelle­ment basés sur des mécan­ismes d’ap­pren­tis­sage. Les futurs sys­tèmes opéra­tionnels devront égale­ment dis­pos­er de moyens de télé­com­mu­ni­ca­tion plus per­for­mants, en zone urbaine notam­ment, et si besoin de dis­posi­tifs per­me­t­tant de gér­er des pertes locales de trans­mis­sion (retour sur traces, dépose de relais de com­mu­ni­ca­tion, etc.). 

Vingt mille mis­sions de robots aériens ou ter­restres ont été effec­tuées en Irak. US Air Forces

Une intelligence tactique

Toute­fois, les robots ont déjà prou­vé leur valeur mil­i­taire sur le ter­rain et mal­gré les lim­i­ta­tions de cer­tains sys­tèmes exis­tants, les sol­dats améri­cains engagés dans les zones de con­flits actuels (essen­tielle­ment urbains et asymétriques) ne veu­lent plus s’en sépar­er. Il s’ag­it donc à court terme de se focalis­er sur les inno­va­tions tech­nologiques à forte valeur ajoutée et de faire tra­vailler de con­cert ingénieurs et opéra­tionnels en vue de résoudre les points durs tech­nologiques. Si l’on se pro­jette dans les décen­nies à venir, on peut prévoir une répar­ti­tion améliorée entre l’homme et le robot à l’hori­zon 2015, la coor­di­na­tion mul­ti­plate­forme vers 2020 (mis­sions de patrouilles, con­trôle de zone, recon­nais­sance, con­voy­age) tirant vers la coopéra­tion à l’hori­zon 2025, voire une véri­ta­ble intel­li­gence tac­tique aux alen­tours de 2030. 

Action et perception

Si l’on veut même aller au-delà du domaine appli­catif de la robo­t­ique et met­tre en per­spec­tive l’ar­chi­tec­ture de con­trôle de l’au­tonomie décrite ci-dessus, citons les travaux récents, où nous réabor­dons les con­cepts mêmes des deux boucles préc­itées : l’ob­jec­tif est de les réin­ter­préter sous l’an­gle d’une négo­ci­a­tion entre par­tic­i­pants d’un débat avec argu­men­ta­tions, avec qua­tre com­posantes, action, per­cep­tion, super­vi­sion et diagnostic.

L’in­tel­li­gence tac­tique prévue en 2030

Action et per­cep­tion ont une sig­ni­fi­ca­tion ana­logue, la sélec­tion de com­porte­ments est réin­ter­prétée comme la super­vi­sion, le mécan­isme d’at­ten­tion comme le diag­nos­tic. Les liens par­ti­c­uliers ne rel­e­vant pas directe­ment des deux boucles sont alors les alertes entre la per­cep­tion et la super­vi­sion, les régu­la­tions entre le diag­nos­tic et l’ac­tion. Cela per­met alors de con­sid­ér­er les cou­ples action-per­cep­tion et diag­nos­tic-super­vi­sion comme prenant part à un jeu d’op­po­si­tions par­a­dig­ma­tiques qui se résout par les liens par­ti­c­uliers. Ain­si, on peut voir dans quelle mesure l’ar­gu­men­ta­tion apporte à chaque par­tic­i­pant de nou­velles con­nais­sances pour amélior­er sa pro­pre action. Nous avons for­mal­isé tout cela avec des out­ils math­é­ma­tiques rel­e­vant de la théorie des caté­gories. À l’aune de cette inter­pré­ta­tion dif­férente, nous abor­dons les modes de raison­nements col­lec­tifs tels qu’ils sont pra­tiqués dans des com­mu­nautés sci­en­tifiques (on recon­naît l’in­flu­ence de Thomas Kuhn dans cette vision), élar­gis­sant donc le champ d’ap­pli­ca­tion des travaux menés ini­tiale­ment en robo­t­ique, mais bouclant égale­ment la boucle sur le plan épisté­mologique dans la mesure où nous sommes ini­tiale­ment passés de l’homme au robot, et revenons ain­si du robot à l’homme.

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