Interaction humain-machine

Talos, dernier fleuron de la robotique humanoïde

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Mis à jour le 29/06/2021
À Nancy, l'équipe LARSEN, commune au centre Inria Nancy -Grand Est et au Loria, prépare les robots humanoïdes à sortir des laboratoires. L'élève du moment s'appelle Talos, il mesure 1,75 mètre pour 95 kilos, tient bon sur ses deux jambes et, un jour, des robots comme lui devraient se rendre utiles sur le terrain. Aujourd'hui, les chercheurs y travaillent. Talos, lui, apprend à bouger, comme un humain.
Robots Talos et iCub dans la salle robotique d'Inria Nancy
© Jean-Baptiste Mouret

Un robot avatar piloté par téléopération

L'utilisation du robot Talos est une "téléopération immersive" : il ne faut pas imaginer un robot laissé à lui-même mais plutôt un avatar envoyé sur un terrain dangereux ou impraticable et opéré par un humain qui le contrôle à distance. Talos reçoit ses ordres et suit les gestes d'un opérateur équipé d'un casque de réalité virtuelle et d’une combinaison de capture de mouvements : l'Homme et la machine bougent ensemble.

Il existe aujourd'hui de nombreuses machines - des bras articulés notamment - qui peuvent être téléopérées, mais la téléopération immersive explorée sur Talos se joue à une autre échelle, avec le corps complet du robot, et un corps robotique humanoïde. « Talos ne fait pas qu'imiter son opérateur, il adapte son mouvement à sa propre dynamique, sa force et son poids pour imiter l’humain sans tomber ou faire de mauvais mouvements. » Le robot est accueilli au centre Inria Nancy - Grand Est par Jean-Baptiste Mouret, directeur de recherche et spécialiste du machine learning (apprentissage automatique) appliqué à la robotique. Avec Serena Ivaldi, chercheuse Inria qui apporte ses compétences en robotique humanoïde et en interaction humain/robot, ils travaillent en binôme. Talos est bien encadré.

Reciblage du corps entier sur le robot Talos

L'équipe LARSEN aux commandes de la robotique

Ces deux scientifiques sont arrivés au centre Inria de Nancy en 2014 pour participer à la création de l'équipe LARSEN. Cette équipe d'une trentaine de personnes mène des recherches à l'intersection de l'apprentissage automatique et de la robotique pour imaginer des robots capables d'affronter l'inconnu, d'apprendre de leurs erreurs et d'interagir avec d'autres robots ou des êtres humains. Serena Ivaldi et Jean-Baptiste Mouret y chapeautent les recherches sur la robotique humanoïde. Avec Talos, les deux chercheurs peuvent s'appuyer sur une solide expérience acquise après plusieurs années de travaux chez Inria et dans leurs précédentes institutions.

Par exemple le projet ERC Resibots, un robot à six pattes capable d'agir en situation d'avarie, privé d'un ou de plusieurs de ses appendices, ou encore le projet H2020 Andy, qui se concentre sur la prédiction et l’anticipation des mouvements humains pour mieux interagir avec les robots. « Le défi pour les robots humanoïdes est de synchroniser leurs moteurs pour mettre en jeu l'ensemble de leur corps dans un mouvement. Le logiciel sur lequel nous travaillons est un contrôleur corps complet qui permet de penser le corps dans sa globalité, en utilisant le bras gauche pour s'équilibrer lors d'un mouvement du bras droit par exemple », explique Jean-Baptiste Mouret. En décomposant un mouvement aussi complexe que la marche, il est possible de prendre la mesure des défis posés à la robotique humanoïde. Talos est là pour faire franchir quelques obstacles à ce domaine de recherche. 

Talos : un robot qui ressemble à l'être humain

Au centre de recherche, Talos est programmé pour suivre les mouvements de son opérateur. Pour éviter une chute trop brutale qui risquerait d'abîmer sa coûteuse machinerie, il travaille pour le moment accroché par un harnais.

Ces expériences visent à répondre à trois questions de recherche. Il doit d'abord pouvoir s'adapter aux aléas d'un exercice en situation : au cas où le signal Wi-Fi viendrait à s'interrompre momentanément ou à être retardé, Talos doit pouvoir prédire la suite d'un mouvement pour le poursuivre en autonomie en "devinant" l’intention de l’opérateur ou pour combler les commandes manquantes.

Second verrou scientifique : exploiter le même type de prédiction pour adapter son mouvement en prenant en compte la dynamique particulière à ce corps métallique.

Enfin, le robot doit aussi apprendre à compenser en cas d'avarie et faire au mieux avec une jambe endommagée, par exemple. Il doit savoir marcher mais aussi boiter. Pour répondre à ces objectifs, de solides modèles d'équations pour traduire en mathématique la dynamique du robot et des algorithmes d’apprentissage pour qu’il apprenne de son expérience : « Talos calcule et règle seul ses problèmes internes. 500 à 1 000 fois par seconde, il trouve la solution d’un problème avec de nombreux objectifs (suivre les bonnes trajectoires) et de nombreuses contraintes (cinématique, limites angulaires, …). S'il doit lever le pied, Talos va calculer la position optimale de toutes les articulations de ses 30 moteurs pour chercher un mouvement optimal. Ce n'est pas son opérateur qui doit lui expliquer. »

Jean-Baptiste Mouret et Serena Ivaldi travaillent sur ces algorithmes qui donnent au robot des capacités à calculer un mouvement, l’adapter et anticiper les commandes futures.

Salut, c'est moi Talos

  • Il faut savoir bien choisir son robot, c'est lui qui deviendra pour quelques années l'objet de toute une recherche et son principal outil.
  • Talos est produit par PAL Robotics, une entreprise basée à Barcelone.
  • C'est un robot lourd (95 kilos) et de taille adulte (1,75 mètre) contrairement à son prédécesseur à Inria, le petit Icub, robot "enfant" d'un mètre de haut.
  • Avec Talos, il est possible de mettre le robot en situation dans un environnement quotidien.
  • Talos peut porter sept kilos par bras et fait approcher la robotique humanoïde de la possibilité de faire faire aux robots des tâches concrètes.
  • Talos est aussi un robot d'allure pragmatique, deux bras, deux jambes, un buste et une tête mais la ressemblance anthropomorphique ne va guère plus loin.
  • Le meilleur atout de ce robot très avancé est son grand nombre de capteurs et de moteurs. Sur chaque articulation, un capteur de couple peut donner une mesure des forces et permettre au robot de suivre les mouvements de son opérateur.
  • Le corps est perfectionné, sa forme humanoïde lui donne une grande polyvalence et beaucoup de degrés de liberté et maintenant, grâce à l'équipe LARSEN, Talos s'adapte, compense, s'ajuste à l'imprévu et, un jour peut-être, permettra d’improviser des solutions dans des situations que personne n’avait anticipées.

Un logiciel libre

L'objectif de ces recherches menées au centre Inria Nancy-Grand Est est d'abord l'avancée des connaissances. Plus au sud, à Toulouse, l'équipe Gepetto du LAAS (CNRS) dirigée par Olivier Stasse travaille aussi avec Talos. Pour l'instant, Jean-Baptiste Mouret et Serena Ivaldi utilisent une partie de leur code développé pour calculer les mouvements de Talos et gagner un temps précieux. Bientôt, ce sont les chercheurs toulousains qui pourront exploiter ces travaux. Les logiciels élaborés à Nancy sont en effet libres, ouverts et partagés. C'est le cadre posé par la politique Inria et traduite par le projet Software Heritage qui a pour ambition de rendre accessible à tous le code source de tous les logiciels disponibles et de créer ainsi une précieuse archive pour la recherche en informatique.

Ces travaux partagés profitent à l'ensemble de la communauté de la robotique humanoïde. Un tout petit monde : environ cinq équipes explorent ces sujets dans l'Hexagone. Au sein de cette communauté, Inria et son équipe LARSEN se distinguent par leur capacité à faire le pont entre l'apprentissage automatique et la robotique : « Peu d'équipes mettent autant d'apprentissage dans leurs robots », peut dire Jean-Baptiste Mouret. « Avec Talos, Inria est l’une des rares équipes françaises à explorer la téléopération corps complet sur robot humanoïde et à mettre le mouvement humain au cœur d'un projet sur un robot avatar. »