Le compagnon robotique

Tomber, se relever. Encore et encore. Comment dois-je positionner mes pieds ? Comment appliquer la force ? Et comment contrôler mon équilibre ? Lorsque les enfants apprennent à marcher, ils se familiarisent avec les mouvements au fil des semaines. Le "bébé" de Péter Fankhauser apprend de la même manière, même si ses jambes sont constituées de ressorts, de capteurs et de moteurs. Il rapporte fièrement : "ANYmal a appris tout seul à monter des escaliers dans une simulation. Cela n'a pris que quelques heures au robot. Ce qui est fantastique, c'est que, contrairement aux humains, des milliers d'ANYmals apprennent en même temps que lui. C'est parce que nous créons des copies virtuelles." Chacune de ces copies se voit attribuer un objectif général, tel que monter un escalier le plus rapidement possible. Puis des perturbations sont ajoutées, comme le bruit des capteurs ou le vent. Les programmes apprennent alors à gérer ces situations de manière autonome. "Une fois que les processus d'apprentissage simulés ont atteint un niveau optimal, nous transférons le contrôle à tous les robots réels", explique M. Fankhauser.

Ingénieur titulaire d'un doctorat en robotique, il est assis sur un fauteuil coloré dans la salle de réunion et parle à la vitesse de l'éclair du robot d'inspection. Il l'a mis au point avec huit autres membres fondateurs d'ANYbotics, une spin-off du collège de l'ETH Zurich. Selon lui, ANYmal, qui ressemble à un chien, peut se déplacer de manière autonome - c'est-à-dire sans contrôle humain ni wifi - dans des environnements industriels difficiles, sans la présence de personnes. Ce qui est vraiment passionnant, c'est que l'environnement ne doit pas être spécialement conçu pour les robots, comme c'est le cas dans les grandes usines ou les entrepôts. Non, l'assistant à quatre pattes peut trouver son propre chemin, notamment dans les espaces conçus pour les humains. M. Fankhauser nous renvoie à des vidéos YouTube où l'on peut voir la machine grimper et descendre des escaliers d'acier abrupts, ou faire des promenades en forêt sur des racines et des chemins de gravier. Elle se tient en équilibre sur d'étroites poutres d'acier, rampe sous les trains et se fraie un chemin en toute sécurité à travers des bobines de câble épaisses comme des saucisses sur le sol. ANYmal peut facilement se faufiler dans l'eau, survivre à une tempête de sable et ne glisse pas, même sur une couche de neige. On le voit même courir à reculons pour livrer des lapins en chocolat de porte à porte à l'heure de pointe à Pâques. De telles situations exigent la plus grande concentration, même de la part des humains.

Un robot souriant

Comment le robot s'y prend-il ? La programmation est-elle particulièrement difficile ? "Non, c'est relativement simple", nous assure notre spécialiste. Nous en apprenons davantage lors d'une visite guidée à Zurich. Le complexe ANYbotics abrite non seulement des bureaux et des salles de réunion, mais aussi le centre de test et l'usine de production de l'entreprise. En entrant, on remarque qu'il y a quelque chose dans l'air. C'est peut-être le picotement que l'on ressent quand on progresse. L'excitation d'un changement imminent - quand vous sentez que vous êtes sur le point de faire une percée, que vous faites partie de quelque chose de grand. Des gens en jeans et en T-shirts vous accueillent avec enthousiasme en anglais. 21 nations sont représentées ici, avec 25 employés de plus qu'il y a un an. De nouveaux espaces viennent d'être loués et ANYbotics a récemment levé 20 millions de francs suisses auprès d'investisseurs. Cet argent est utilisé pour commercialiser le dernier modèle ANYmal, la version D. Celle-ci va également entraîner un changement structurel : Actuellement, une petite équipe interne fabrique environ un robot par semaine. À partir de 2022, l'aide à l'inspection sera produite en plus grand volume sur une chaîne de montage, par un partenaire en Suisse.

Mais malgré l'essor, ANYbotics a gardé les pieds sur terre. L'ambiance des startups est toujours là. Dans le bureau en open space, des formules et des diagrammes compliqués sont accrochés aux tableaux blancs, mais de temps en temps, un personnage de manga, comme échappé d'une bande dessinée, se mêle à eux. Des animaux en peluche pendent aux lampes de bureau. Dans la cuisine, les œuvres gagnantes du dernier concours par équipe sont exposées, de petites peintures à l'huile encadrées : ANYmal fait signe du dos d'une licorne, ANYmal rampe dans la mer, ANYmal flotte dans l'espace. Juste à côté, de vastes continents s'étalent sur le mur, couverts de photos de clients du monde entier. Au milieu de tout cela se trouve le robot à l'air sympathique, qui court, s'assoit, attend. "Même avec le prototype C, nous nous sommes préoccupés non seulement de la fonction du robot, mais aussi des émotions qu'il suscite par son apparence. Nous avons réussi à positionner ses yeux de manière à ce qu'ils aient l'air sympathiques. Ils sont les bouches de refroidissement du robot. La caméra de profondeur forme sa bouche. Un petit biseau lui donne l'apparence d'une lèvre qui sourit. De petites choses comme cela contribuent à évoquer des associations positives", explique M. Fankhauser. Le dernier modèle a un visage complètement différent car ANYmal D a dû être rendu encore plus robuste, pour une utilisation industrielle. Néanmoins, le modèle successeur a lui aussi un air bienveillant. "Nous voulions créer un collègue robotique amical, fiable et utile qui donne un coup de main. Après tout, il est censé compléter la main-d'œuvre humaine. Il doit donc donner l'impression : Je suis là pour vous aider. Cela exclut d'ailleurs les opérations militaires et les missions de police."

Il voit, sent, entend et appelle...

Les travaux d'inspection de routine se prêtent particulièrement bien à l'automatisation avec ANYmal. Le CEO d'ANYbotics passe en revue les chiffres, pour montrer que cela est rapidement rentable : "Chaque jour perdu en réparation coûte plusieurs centaines de milliers de francs aux exploitants d'installations industrielles. Les machines doivent donc fonctionner avec le moins de problèmes possible." Actuellement, ce sont surtout des personnes qui effectuent les tournées d'inspection. "Cela fonctionne bien - du moins s'ils connaissent l'installation et ont de l'expérience. Mais cela prend beaucoup de temps et d'argent, et c'est parfois très dangereux." Sur les installations offshore, dans les égouts ou dans les mines, les gens sont exposés à la haute pression, à l'électricité, aux gaz dangereux, aux substances toxiques, à la poussière et à la saleté. Par conséquent, si une personne veut inspecter les installations, il faut parfois les éteindre d'abord - et cela coûte de l'argent. Ensuite, il y a la question des coûts de transport. "Des personnes spécialisées doivent être transportées vers les usines, mais chaque voyage en hélicoptère peut facilement coûter plus de 30 000 euros." Secouant la tête, Fankhauser ajoute : "Parfois, un vol jusqu'à une plateforme de forage est nécessaire juste pour actionner un seul interrupteur." Dans le secteur offshore, ANYmal est donc rentabilisé en quelques semaines.

Bien entendu, il est également possible d'équiper les installations de capteurs pour détecter les anomalies de fonctionnement. Mais cela aussi est complexe et coûte beaucoup d'argent. "En outre, chaque capteur ne mesure qu'une petite partie de l'ensemble du système et doit être remplacé au fil du temps", observe M. Fankhauser. Le robot, en revanche, présente l'avantage d'être conçu pour une durée relativement longue - trois ans de fonctionnement continu, en fait - et de pouvoir effectuer de nombreuses tâches en même temps. Le chien robotique est suffisamment fort pour porter des charges. Grâce à ses caméras et à ses détecteurs, il voit, sent, entend - et "lance" des avertissements : il lit et transmet les données des appareils de mesure. Il prend des images thermiques et effectue des mesures acoustiques. Il remarque et signale les fuites de gaz, le ronronnement d'une machine ou les vibrations d'une pompe qui ne sont plus les mêmes.

Moteurs puissants, temps d'apprentissage rapide

Mais comment cet appareil parvient-il à se déplacer de manière aussi sûre sur un terrain difficile ? Comment apprend-il à s'orienter ? M. Fankhauser explique : "Une solution consiste à emmener ANYmal sur le site et à lui montrer ce qu'il doit faire, comme à un nouvel employé. Nous accompagnons le robot avec un joystick pendant qu'il parcourt le chemin et crée une carte en 3D. Une visite d'inspection d'une heure dans une usine prend normalement une demi-journée d'apprentissage." Le robot a également la possibilité, encore plus simple, d'apprendre virtuellement. C'est possible si un modèle numérique de l'usine existe déjà.

L'orientation est assurée par des capteurs, tandis que la marche fait appel à des moteurs électriques développés spécialement pour le robot. "Nous avons réalisé que nous avions besoin de nos propres moteurs, qui devaient être légers, mais puissants. C'est pourquoi nous avons conclu un partenariat avec maxon. Nos deux entreprises ont une très bonne adéquation culturelle, et travaillent même à côté l'une de l'autre maintenant." Les quatre membres de l'animal robotique contiennent chacun trois entraînements, ce qui signifie qu'un total de douze actionneurs sont installés dans l'ANYmal. Ils génèrent le mouvement de marche, font basculer les jambes vers l'extérieur ou l'arrière, et plient les genoux. "Le contrôle de la force lors de la marche sur différentes surfaces est très important. Lors de la course, l'énergie de l'impact doit être absorbée. Pour cela, nous avons travaillé avec maxon pour développer un système avec des ressorts qui imitent les muscles et les tendons."

Solution et défis délicats

Dans le centre d'essai ANYbotics, la tour de boîtes à pizza atteignant presque le plafond témoigne de longues journées et de courtes nuits. Ici, chaises, tables et ordinateurs sont regroupés en une sorte d'arène de spectateurs où les données sont collectées et analysées. Sur la scène, le robot de cinquante kilos monte et descend des escaliers et franchit des obstacles tels que des briques. Garder une distance de sécurité avec la machine est obligatoire pour tous les employés. La certification de sécurité est quelque chose qui a coûté beaucoup de temps et d'énergie à l'entreprise. "Mais maintenant, c'est fait. Nous avons travaillé avec des laboratoires spécialisés externes pour mettre en place une stratégie de sécurité électrique et mécanique." La formation des clients aux mesures de sécurité permet également de réduire les risques au minimum.

Après 90 minutes, ANYmal est à court d'énergie. Il s'en aperçoit tout seul, se dirige vers sa station d'accueil et s'y assoit comme une poule sur un œuf. Fankhauser explique : "Vous voyez sur YouTube des vidéos de ce robot cool qui monte les escaliers en courant comme un chien. Mais ce n'est qu'une petite partie de la solution". Le chef d'entreprise montre du doigt les écrans en direct des ordinateurs. "Vous devez être clair sur la façon dont les données d'inspection vont arriver au client. Nous proposons une solution d'inspection de bout en bout. Le logiciel est livré avec une licence d'utilisation annuelle, incluant les mises à jour du logiciel et l'assistance technique."

Certains défis délicats doivent encore être résolus : Et si quelqu'un ferme une porte ? ANYmal resterait bloqué devant la porte. Il n'est pas non plus encore capable de détecter la rouille ou les fissures de manière fiable. De plus, il devrait vraiment être capable d'effectuer tout seul les travaux d'entretien dangereux. L'équipe de Zurich expérimente actuellement des bras de préhension à cette fin. Une chose est sûre : ce sympathique robot va continuer à apprendre - et la tour à pizza va continuer à grandir.

Auteur : Katharina Rilling