Définition / historique
Contrairement aux automates, machines dont l’origine remonte au XVIIIe siècle,
les robots sont des systèmes munis de capteurs, capables d’agir de façon autonome et pas seulement selon un programme préétabli.
Ces dispositifs dits « intelligents » sont capables de recueillir des informations extraites de leur environnement dont le traitement va influencer leur fonctionnement. La robotique s’est déployée dans les
années soixante au travers de la robotique dite industrielle ou manufacturière. La création des premiers robots destinés à une intervention en milieu hostile a été impulsée et financée par l’industrie nucléaire dès la fin des années 1950.
Aujourd'hui, un autre domaine d’application de la discipline est en plein essor en France et dans le monde :
la robotique de service.
Certaines avancées scientifiques, comme dans le domaine des neurosciences, apportent de nouveaux champs d’application avec une préoccupation plus forte pour l’amélioration des capacités d’apprentissages et d’intelligence des robots actuels. Objectif : intégrer plus facilement ces nouvelles machines dans des environnements complexes en totale interaction avec l’homme pour tenter de répondre à des enjeux sociétaux majeurs.
Le marché de la robotique
En 2005, le marché global de la robotique était estimé à 11 milliards de dollars ; il pourrait s’élever à 30 milliards de dollars en 2015. Par ailleurs,
la robotique de service pèserait en 2020 100 milliards d’euros contre 3,5 en 2010.
Largement dominé par le Japon, le marché de la robotique civile connaît également un développement important en Allemagne. Le marché de la robotique militaire est surtout contrôlé par les États-Unis et Israël. La France, grâce à ses compétences en intelligence artificielle, conserve une position très intéressante sur les marchés de la robotique. En mars 2013, le gouvernent présentait son nouveau plan « France Robot Initiatives » qui devrait rassembler 100 millions d’euros de fonds publics et privés destinés à la robotique de service.
Répondre
aux grands enjeux sociétaux
et s’adapter à l’environnement
Bras maître à retour d'effort pour la téléchirurgie.
© P.Stroppa/CEA
Pour répondre aux nouveaux besoins des industriels et particuliers, et s’adapter à des environnements de plus en plus complexes, les technologies robotiques devront être encore plus performantes et intelligentes.
Les
robots développés devront pouvoir intervenir dans des secteurs aussi variés que la
chirurgie ou la
surveillance de sites sensibles. L’assistance de robots sophistiqués est ainsi envisagée dans le cadre d’opérations chirurgicales complexes.
De même, le développement de robots collaboratifs ou « cobots » dans le secteur industriel permettrait de
réduire voire supprimer l’apparition de troubles musculo-squelettique (TMS), majoritairement dus à la réalisation de tâches pénibles et répétitives. Enfin, depuis l’avènement de la robotique industrielle dans les années 50-60, la création de robots capables d’intervenir en milieux hostiles, pour éviter à l’homme toute opération de maintenance dangereuse, reste une priorité.
Aujourd’hui la R&D dans le domaine de la robotique en France se focalise sur trois applications :
la téléopération,
la cobotique et
la manipulation dextre autonome. Ces disciplines sont à la fois présentes en robotique industrielle et manufacturière et en robotique de service.
Zoom sur
La R&D et la robotique
Hercule et Able : à la frontière
de « l’homme augmenté »
Hercule est un exosquelette complet pour l’assistance mobile au port de charge. © P. Stroppa/CEA
La recherche sur les exosquelettes s’intéresse aux systèmes pour les membres supérieur, les membres inférieurs et aux systèmes complets.
ABLE est un cobot générique à 7 axes, exosquelette du membre supérieur, entièrement commandé en effort, qui est conçu pour répondre à un grand nombre d’applications, comme interface haptique pour une simulation de réalité virtuelle, comme bras maître pour de la téléopération à retour d’effort, comme orthèse pour des tâches de rééducation ou comme robot d’assistance au mouvement pour des personnes handicapées.
Hercule est un exosquelette complet pour l’assistance mobile au port de charge, offrant une capacité
d’emport de 40 kg durant une marche de 20 km. Cette technologie très prometteuse est développée par le CEA avec la Direction générale de l’armement (DGA) et en partenariat avec la PME RB3D, spécialisée dans le domaine des dispositifs d’assistance aux gestes manuels pénibles, sources de troubles musculo-squelettiques (TMS).
Ce programme de recherche entre le RB3D et le CEA-List se poursuit par le développement d’un nouvel exosquelette baptisé Heracles via un second financement de la DGA. Réalisé en matériaux composites,
Heracles permettrait à son opérateur de se déplacer avec une charge pesant jusqu’à 100 kg, voire d’effectuer des sauts, et pourrait viser d’autres domaines que celui de la Défense. En effet, RB3D compte également concevoir une version civile d’Heracles destinée aux pompiers et à tous ceux qui sont amenés à porter de lourdes charges.
Robots collaboratifs :
assister dans l’effort
Cobot d’assistance pour l’industrie développé par le CEA-List, l'institut Cetim et la PME RB3D. © DR
Les évolutions récentes de la robotique manufacturière permettent aujourd’hui une interaction directe « homme-machine ». En 2011, les ingénieurs du CEA-List et de l’Institut Cetim ont mis en commun leurs compétences en mécatronique et ont aidé la PME RB3D à développer et produire un cobot d’assistance pour l’industrie. Ce « robot collaboratif » est un
bras mécatronique dédié à des tâches industrielles pénibles comme le brossage, le burinage ou encore la manipulation.
L’opérateur manipule l’outil avec le bras instrumenté : certaines opérations qui réclamaient 20 kg d’effort n’en demandent alors plus qu’un. Un mode de commande intuitif, intégré au « cobot », amplifie l’effort de l’opérateur d’un facteur réglable de 1 à 50, en utilisant un unique capteur d’efforts. Grâce à l’assistance apportée, ce cobot permet de réduire considérablement le risque de TMS.
La cobotique est présente dans le domaine industriel mais également dans le domaine médical. En
chirurgie orthopédique, par exemple,
le cobot partage une tâche avec le chirurgien en apportant une fonction d’anticollision active lui permettant de percevoir, voire d’interdire, l’approche d’un organe critique. La rééducation, après un accident vasculaire cérébral (AVC), par exemple, peut également tirer parti des interfaces haptiques, en les associant à des technologies de réalité virtuelles. Ces technologies sont transférées vers la start-up Haption du CEA-List .
Des mains robotiques intelligentes
Avec la manipulation dextre autonome, la robotique mobile entre dans une nouvelle dimension, en permettant une manipulation fine et intelligente.
Les tâches de manipulation dextre reposent sur l’utilisation de mains robotiques particulièrement adaptées aux environnements dans lesquels évolue l’homme. Le CEA a ainsi
développé d’une part,
une main anthropomorphe à l’état de l’art comptant 23 degrés de liberté (ddl), basée sur l’utilisation d’actionnements réversibles à câbles dont l’électronique est embarquée, et d’autre part, une main moins complexe (12 ddl) pour les opérations de saisie les plus courantes.