Des robots humanoïdes dans les usines de demain

Un programme de recherche d’une durée de quatre ans a été lancé conjointement le 12 février dernier par Airbus Innovation, le CNRS et l’Institut national des sciences et technologies industrielles avancées japonais afin de créer des robots humanoïdes capables d’effectuer des tâches complexes dans les usines.


Le robot dit, humanoïde – c'està- dire ayant forme humaine – ne peuple pas seulement l’imaginaire des écrivains de science-fiction, il tient aussi la vedette sur les écrans de cinéma depuis que Fritz Lang en 1927 lui donna les traits de Brigitte Helm dans Metropolis.
Pourtant, hormis quelques productions dédiées à l’événementiel et au divertissement comme le Nao d’Intel ou l’Aibo de Sony, les robots de forme humanoïde ou zoomorphe, restent l’exception. En effet, les équipements que l’on trouve couramment dans les usines sont constitués d’un bras automatisé muni d’un préhenseur ou d’un porte outil et ils sont solidement ancrés à leur emplacement de travail. Le programme de recherche qui vient d’être lancé au Joint Robotics Laboratory mis en place à Tokyo par le CNRS, l’AIST (National Institute of Japan for Advanced Industrial Science and Technology) et Airbus Innovation, vise à développer des technologies de robotique humanoïde pour effectuer des tâches difficiles dans les usines aéronautiques. L’introduction de robots humanoïdes sur les lignes d’assemblage aéronautiques permettra de décharger les opérateurs humains des tâches les plus laborieuses voire dangereuses afin de leur permettre de se concentrer sur des tâches à plus forte valeur ajoutée. La principale difficulté pour ces robots sera de travailler dans un environnement exigu. Il faut donc surmonter de nombreux problèmes comme effectuer des mouvements variés sans entrer en collision avec les objets alentours. A cette fin, les chercheurs vont devoir créer de nouveaux algorithmes de planification et de contrôle précis des mouvements.

Airbus Group et le Joint Robotics Laboratory ont déjà une collaboration en cours à travers le projet européen COMANOID, qui a pour but de faire entrer en toute sécurité un robot humanoïde en phase d’assemblage dans un avion, pour y réaliser des tâches simples. Ce projet qui a commencé en 2015, durera quatre ans (www.comanoid.eu).

Du fait de la taille des appareils aéronautiques comme par exemple des avions de ligne, et du très grand nombre de tâches à effectuer sur peu d'unités, l'utilisation de robots spécialisés à base fixe, déjà utilisés dans l'industrie automobile, est ici inadaptée. Certes, il existe déjà des robots constitués d'une base mobile et d'un bras manipulateur mais leur capacité de déplacement reste extrêmement limitée. Ils sont par exemple, incapables de monter des escaliers, encore moins des échelles et il leur est souvent même difficile de s’affranchir d’obstacles placés au sol.

Des mouvements multi-contacts

Le Joint Robotics Laboratory (JRL, CNRS/AIST) développe, à partir des modèles de robots HRP-2 et HRP-43, des nouvelles technologies de locomotion dites multi-contacts. En s'aidant de ses mains, de ses coudes et de ses genoux pour prendre contact avec son environnement, et non plus seulement avec ses pieds, ce type de robot peut monter des échelles et pénétrer dans des endroits difficiles d’accès. La possibilité d’avoir des contacts multiples permet aussi d'accroître la stabilité du robot et la force qu'il peut appliquer lorsqu'il effectue une tâche. De plus, la forme anthropomorphique de ces machines offre une polyvalence utile pour effectuer un grand nombre de tâwches différentes dans des environnements variés comme le fuselage d’un avion, une cabine de pilotage ou une soute.

La collaboration entre les chercheurs du JRL et Airbus Group a donc pour but de permettre aux robots humanoïdes d’effectuer des tâches de manipulation dans un environnement contraint et limité, les lignes d’assemblage, où ils devront faire un usage coordonné de leur corps pour mener à bien leur mission sans mettre en danger les opérateurs humains, les avions ou eux-mêmes.

Les espaces exigus requièrent en effet des postures particulières comme la possibilité de se pencher ou de se mettre à genoux. Le calcul de telles postures s’avérant mathématiquement complexe, les chercheurs devront tout d’abord développer de nouveaux algorithmes, bien plus puissants que ceux existants actuellement, tout en permettant des calculs suffisamment rapides pour que les mouvements des robots restent efficaces. Les tâches typiques que les robots auront à effectuer seront, par exemple, de serrer un écrou, de nettoyer une zone de ses poussières métalliques ou d’insérer des pièces dans la structure de l’appareil. Ils pourront également vérifier le bon fonctionnement des systèmes une fois la fabrication terminée.

Ces algorithmes seront testés sur un ensemble de scénarios dont le réalisme ira croissant au fil des ans et qui seront directement inspirés des besoins des branches Aviation Civile, Hélicoptères, et Spatial d’Airbus Group. Du côté de la recherche en robotique, en plus de l’apport des nouveaux algorithmes, cette collaboration mettra sans doute en lumière certaines insuffisances des robots actuels en matière de design, de précision ou de puissance, par exemple. Elle pourrait également permettre de spécifier le cahier des charges de la première génération de robots humanoïdes dédiés à l’assemblage de grandes structures d’ici… dix à quinze ans.