À la CTU, nous avons d’excellentes équipes, nous avons réussi le concours DARPA car nous avons pu les connecter, explique le responsable de la robotique

Les robots qui ont assuré le succès des scientifiques de l’équipe CTU-CRAS-norlab dans le prestigieux Défi souterrain de la DARPA reviennent progressivement des États-Unis à Prague. L’équipe tchèque faisait partie des dix meilleures équipes robotiques au monde dans la compétition de robots virtuels s’est frayé un chemin jusqu’à la deuxième place et a remporté un prix de 500 mille dollars. Dans la vraie compétition du complexe megacavern dans le Kentucky, il s’est classé sixième. Les chercheurs de la CTU ont réussi à réussir même lors des tours précédents de la compétition, lorsqu’ils ont pris la première place parmi les équipes non financées directement par la DARPA.

« La compétition a commencé en 2018 et a eu plusieurs tours.l’objectif était de développer un système multirobotique capable de fonctionner de manière autonome dans des espaces souterrains jusqu’alors inconnus, de cartographier ces espaces et d’y trouver des objets. Au cours des tours individuels et en préparation du tour final, nous avons construit et conçu de nouveaux robots, et partiellement développé la charge utile, un dispositif qui cache les capteurs et la technologie informatique, et les robots la transportent comme cargaison. Et cette cargaison permet aux robots d’opérer sur des terrains souterrains inconnus. Et de presque zéro, nous sommes passés à une situation où nous avons un système que, en termes simples, nous pouvons déployer demain là où il est nécessaire « , explique Tomáš Svoboda, chef de l’équipe de compétition de l’Université technique tchèque, lorsque nous nous rencontrons dans le bâtiment čvut sur la place Charles et me conduit au laboratoire de robotique.

Sur le sol se trouve un trio d’installations de compétition. Un robot à roues, un robot sur chenilles puis un spot « robopes ». Leur tâche consistait à naviguer de manière autonome dans des espaces inconnus, à créer leur carte, à rechercher des objets spécifiques et, compte tenu du signal généralement mauvais, à se rendre au bon moment à l’endroit d’où ils pourront transmettre les informations accumulées aux chercheurs.

 » Le classique est search & rescue, ou recherche et sauvetage. Par exemple, il est nécessaire de savoir si une personne se trouve quelque part, dans un environnement dangereux ou difficile d’accès pour les sauveteurs humains. Les algorithmes que nous avons développés pendant le travail sur le projet, mais ils sont également applicables dans un rôle plus général, partout où il est nécessaire que le robot agisse de manière autonome, évite les obstacles par lui-même, retourne à sa place d’origine et ainsi de suite. Les possibilités sont très ouvertes « , explique Svoboda, ajoutant que bien que la tâche de « se rendre dans un environnement, surmonter des obstacles et trouver un objet  » soit relativement facile à imaginer pour une personne, elle est très difficile à traduire dans le monde des algorithmes.

« Nous, les humains, marchons simplement quelque part, regardons autour de nous et décidons où aller, en fonction du chemin qui nous semble le plus approprié. Mais cette phrase est très difficile à algorithmiser en langage machine. Le robot ne sait rien de l’espace, il mesure donc ce qu’il voit directement et à la limite de ses connaissances, il doit décider lui-même quel point de frontière lui convient le mieux et vers lequel il ira. Par exemple, il optimise les chances qu’il détecte les objets recherchés ou maximise l’espace mappable « , décrit-il.

« Une autre chose est que les gens excellent dans le passage de terrains difficiles. Quand il y a une pierre sur le chemin, une personne la voit, lève sa jambe, marche dessus, équilibre, garde son équilibre, s’appuie parfois sur sa main. Et tout cela est très difficile pour les machines autonomes, ainsi que pour déterminer quel obstacle est encore surmontable pour elles. Et une question distincte est la formation d’une carte. Ce dernier perd progressivement sa précision, car les erreurs s’accumulent lors de la cartographie. Et l’écart peut atteindre le point où le robot ne sait pas où il se trouve « , explique Svoboda, mais ajoute en même temps que dans la création de cartes, les robots surpassent encore les humains.

« Si nous entrons dans un espace sombre inconnu, où tous les murs se ressemblent, nous nous tournons plusieurs fois et ne savons toujours pas où nous sommes. Mais le robot peut créer une carte beaucoup plus précisément qu’un humain, et peut ainsi mieux trouver une issue. Si nous comparons les gens et les robots, jusqu’à présent, les gens sont meilleurs dans la réponse locale aux conditions données, c’est-à-dire comment escalader l’obstacle et comment y rester. Et le robot, à son tour, excelle en systématicité, lorsqu’il peut mesurer l’espace qu’il a déjà exploré, s’il ne tourne pas en rond et possède de bons capteurs. Le robot peut mieux trouver des objets.“

Robopes avec un « sac à dos »
Dans le laboratoire, un autre membre de l’équipe de compétition, Bedřich Himmel de la Fel CTU, nous attend, tenant un contrôleur spot dans ses mains. Il allume des robops et il commence à courir dans la pièce avec son trot typique. À première vue, cependant, il est à noter que ce robot est quelque peu différent de la production habituelle des ateliers de Boston Dynamics. Sur son dos, il porte une sorte de boîte ou de « sac à dos » avec plusieurs capteurs.

« C’est ainsi que notre SPOT semble équipé pour la compétition. Ce robot représente l’une des rares plates-formes pouvant être achetées en tant que produit. Nos autres robots sont des kits de développement, à partir desquels nous construisons nous-mêmes des robots. Mais vous pouvez acheter un spot, le déballer de la boîte, charger les batteries, allumer le contrôleur et il est prêt à fonctionner, avec le fait qu’il montre déjà certains signes d’autonomie, il est capable de reproduire le chemin que quelqu’un lui montrera, éventuellement s’orienter selon les marqueurs. Mais d’un autre côté, c’est un système fermé. Nous ne pouvons pas influencer sa locomotion au point de lui dire comment lever sa jambe et ainsi de suite. Nous avons donc développé un dispositif que nous appelons charge utile ou superstructure sensorielle et informatique “, explique Himmel.

En plus des capteurs tels que le lidar 3D, les caméras industrielles ou les centrales inertielles, il y a deux ordinateurs dans la boîte. Intel NUC standard et Nvidia Jetson Xavier AGX. Avec Spot, la superstructure est connectée par un câble ethernet RJ-45, tandis que robopes est capable de fournir des données de ses capteurs à la superstructure, et l’appareil sur son dos, au contraire, fournit des calculs sur la base desquels il décide où aller en terrain inconnu.

« Spot dispose de caméras de profondeur et est capable de percevoir divers obstacles à une distance d’environ quatre ou cinq mètres. Étant en mode de contrôle à distance, il est capable d’éviter lui-même divers obstacles et de ne pas s’y écraser. Ou nous pouvons le conduire à travers un terrain, par exemple un hall d’usine, et nous pouvons spécifier le chemin qu’il doit parcourir. Il se souvient de ce à quoi il ressemble autour de lui, puis répète le chemin en conséquence. De plus, nous lui avons attribué un appareil avec des ordinateurs et des capteurs, grâce auquel il peut travailler en terrain inconnu, dans lequel il n’a jamais été et doit tout calculer lui-même « , ajoute Svoboda.

Bien que spot soit un système fermé, la connexion à la superstructure développée dans les laboratoires de la CTU n’a pas posé de problème direct, selon Himmel. Mais c’est aussi un travail sans fin. « Il a une API documentée. Mais cela est toujours en cours de développement, tout comme le système d’exploitation rOS que nous utilisons pour le contrôler. C’est une intégration continue, chaque fois que nous passons à autre chose, puis nous constatons que quelque chose ne fonctionne pas, qu’il n’est pas documenté, etc. Il est encore en développement, et nous avons encore du travail à faire.“

Bien que l’endroit présente un certain nombre de caractéristiques intéressantes, selon Svoboda, il arrive souvent qu’il juge mal un obstacle et trébuche. Et son fonctionnement nécessite un degré considérable de professionnalisme. Mais les chercheurs sont toujours satisfaits de la plate-forme. « Il présente de bonnes caractéristiques, telles que le rapport taille / capacité de charge. Son corps est mince, ce qui est pratique pour marcher dans des couloirs étroits. De plus, le robot de marche a une meilleure maniabilité, par exemple, il peut faire des pas latéraux, ce qui est une manœuvre souvent utile. La mobilité du robot est très bonne. Nous en sommes satisfaits en tant que plate-forme que nous pouvons utiliser pour nos expériences d’autonomie robotique et multi-robotique.“

Les robots à quatre pattes qui marchent ont captivé les autres équipes participant à la compétition de la DARPA, spot n’étant pas le seul disponible aujourd’hui. « Un autre type de ce type est ANYmal, derrière lequel se trouve une spin-off de chercheurs de l’ETH, qui utilise un design légèrement différent et a fait ses preuves. Cependant, le spot est facile à acheter, il a donc été utilisé par d’autres équipes, et c’est une plate-forme qui est proposée au cas où vous résolviez une tâche où vous avez besoin d’un robot capable de traverser de manière autonome une sorte d’environnement « , explique Svoboda.

La plateforme sensorielle et informatique est la même pour tous les robots
En plus de spot, des chercheurs de l’équipe CTU-CRAS-norlab ont apporté aux États-Unis un certain nombre d’autres robots qu’ils ont développés ces dernières années. Par exemple, le robot appelé tradr, créé il y a onze ans dans le cadre de plusieurs projets européens et de la coopération avec les sauveteurs, s’est avéré très réussi. C’est une plate-forme sur chenilles qui a une paire de « nageoires » sur chenilles à l’avant et à l’arrière.

« Chacune des palmes à courroie est capable de conduire de manière autonome. Lorsqu’il est sur un terrain simple, il replie les courroies en position de visionnement afin que sa caméra ait la meilleure vue et qu’il roule le long de la plus petite zone des courroies. Et lorsqu’il s’approche d’un obstacle ou qu’il doit monter un escalier, il incline sa ceinture de sécurité pour pouvoir la regarder de près. De plus, il peut contrôler et contrôler la résistance des courroies, de sorte qu’elles peuvent être complètement fixes ou plus lâches et fournir ainsi un amorti actif pour l’absorption des chocs lors des transitions, par exemple entre les escaliers et d’autres surfaces “, explique Svoboda. Ce robot transporte également la plate-forme mentionnée avec des ordinateurs et des capteurs, qui collectent des données sur l’environnement et calcule l’itinéraire idéal.

« La couche de contrôle et sensorielle a besoin de quelque chose en dessous pour l’emporter ou l’emporter. Bien sûr, chacun des robots a ses propres spécificités, mais cela facilitera notre travail si la base est la même sur des robots individuels. Et lorsque nous avions un besoin urgent d’une charge utile sensorielle, nous l’avons prise sur place, placée sur un châssis à chenilles et un après-midi, le robot circulait et explorait, ce qui est l’avantage de la conception modulaire “, se souvient Himmel.

Il en va de même pour un autre robot sur un châssis à roues éphémère mais très robuste de la société canadienne Clearpath Robotics. « Contrairement au spot dans ce cas, une personne ne reçoit de l’entreprise qu’un châssis avec un moteur électrique. Mécaniquement, c’est une conception éprouvée très robuste, et de nombreux laboratoires utilisent ce châssis pour des expériences. Nous avons conçu l’équipement interne du châssis, car le robot lui-même ne peut rien faire et il faut le conduire différemment comme une voiture jouet à contrôler. Mais son avantage est qu’il peut être rapide, donc sur un terrain sans escaliers ni obstacles, le châssis à roues est le meilleur, car son mouvement est le plus avantageux en termes d’intensité énergétique. Sinon, il dispose des mêmes lidar 3D, caméras omnidirectionnelles, ordinateurs ou unités de communication que les autres robots « , ajoute Svoboda.

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