Atlas, le robot bipède de Boston Dynamics est probablement l'un des humanoïdes les plus surprenants. Pouvant même effectuer un backflip, ses capacités se mesurent principalement par l'étendue de sa mobilité.
Plus qu'un simple robot commercial, Atlas est une plateforme de recherche qui permet à la société américaine de repousser les limites de la science robotique. Inventé il y a plusieurs années, l'humanoïde bipède de Boston Dynamics continue de faire des progrès de plus en plus fascinants.
Atlas, le robot humanoïde de Boston Dynamics
Dévoilé publiquement le 11 juillet 2013, Atlas est un humanoïde bipède multitâche. Il s'agit d'un projet de R&D de la société américaine de robotique Boston Dynamics et supervisée par la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency). Par ailleurs, Atlas est équipé d'un bras développée par Sandia National Laboratories et d'un autre par iRobot.
Il a été principalement conçu pour diverses tâches de recherche et de sauvetage. D'ailleurs, en 2014, Atlas a participé au DARPA Robotics Challenge. Le concours en question avait pour objectif de récompenser le meilleur robot capable d'effectuer des tâches complexes dans des environnements dangereux.
Pour l'année 2015, sa participation avait permis de tester ses capacités pour plusieurs tâches. Nous pouvons notamment citer la conduite d'un véhicule, l'ouverture et la fermeture d'une porte, le déplacement à pied sur des décombres ou encore le débarrassage de débris devant une entrée. Il a également entrepris de monter sur une échelle, de traverser une passerelle industrielle et de percer un panneau de béton avec un outil électrique. Enfin, il a pu raccorder un tuyau d'incendie à une borne-fontaine ainsi que localiser, ouvrir et fermer une vanne.
Ses caractéristiques
L'agilité d'Atlas qui s'apparente à un niveau humain s'explique avant tout par un matériel de pointe et un système de contrôle avancé. Il est considéré comme l'un des robots humanoïdes les plus dynamiques. Boston Dynamics avait auparavant développé un humanoïde baptisé Petman. Atlas est basé sur ce robot, et utilise des LED bleues pour éclairage. Entre autres capacités, ses mains sont dotées d'une motricité fine avec 28 degrés de liberté pour tous ses membres. L'humanoïde peut se déplacer sur un terrain accidenté et grimper par-dessus des obstacles à l'aide de ses bras et de ses jambes.
Caractéristiques physiques
Comme joints d'actionnement, Atlas possède un système hydraulique mobile qui comporte 28 articulations, une batterie personnalisée et des valves. C'est ainsi qu'il peut fournir une puissance élevée au niveau de ses articulations. Le robot a un torse tourné vers le bas pour faciliter son allure trottineuse. Il est capable d'utiliser tout son corps pour marcher avec la même précision et la même vitesse qu'un humain.
Pour se déplacer, Atlas bondit, avec les jambes étendues et les bras levés. En termes de vitesse, il peut effectuer 2,5 mètres par seconde. Du haut de son mètre cinquante, il pèse 89 kg. L'équilibre entre le rapport force/poids est stabilisé par l'utilisation de pièces imprimées en 3D. Autrement dit, cela lui donne assez de légèreté pour effectuer les sauts et les backflip.
L'intelligence artificielle
Pour contrôler et coordonner ses mouvements, Atlas est programmé à l'aide de différents algorithmes d'IA. En effet, c'est grâce à son système de contrôle avancé qu'il a une locomotion agile et diversifiée.
D'autre part, les interactions dynamiques entre le corps du robot et son environnement permettent aux algorithmes de raisonner et de planifier les mouvements. De plus, la plateforme dispose de larges bibliothèques de comportements. Les modèles sont créés à l'aide de l'optimisation des trajectoires combinées en routines complexes.
Au niveau de la perception, Atlas dispose de deux systèmes de vision contrôlés par ordinateur. Le premier est constitué de caméras stéréo. Le deuxième correspond à des capteurs en profondeur qui génèrent des nuages de point afin que le robot puisse détecter son environnement.
Enfin, l'humanoïde de Boston Dynamics est caractérisé par sa capacité à prédire l'évolution du mouvement à l'aide des modèles de sa dynamique. Entre autres, cela lui permet de l'ajuster en conséquence.
L'évolution du robot Atlas
Nous devons noter que Boston Dynamics est une organisation à but lucratif. Dans ce cadre, l'entreprise a commercialisé des robots, comme son quadrupède Spot ou encore Stretch. Cependant, elle a également une vision qui consiste à repousser les limites de la science par-dessus les avantages commerciaux. Il s'agit pourtant de deux principes assez divergents. C'est d'ailleurs probablement pour cette raison que Boston Dynamics a changé plusieurs fois de propriétaires (Google en 2013, SoftBank en 2017 et Hyundai en 2020).
Concernant Atlas, l'intention de l'entreprise est claire : il s'agit d'une « plateforme de recherche ». Le principal objectif pour le développement de ce bipède est de changer la manière dont les gens perçoivent les robots. En d'autres termes, le monde aurait une vision assez limitée de ce que les robots peuvent faire.
Les prouesses d'Atlas soulèvent souvent des questions quant à leur utilité dans le monde réel. D'après Boston Dynamics, cela permet à l'équipe de faire face aux différents défis qu'incombe la coordination des mouvements. Par ailleurs l'entreprise qualifie son invention de robot humanoïde « le plus dynamique du monde ». Mais il a fallu du temps à Atlas pour arriver à cette place.
Les origines du robot Atlas
Revenons un peu en arrière. En 2009, Boston Dynamics a commencé à expérimenter les robots bipèdes en partant de leurs propres quadrupèdes. Pour faire simple, ils les ont sciés en deux. Il s'agissait à cette époque d'un projet gouvernemental qui utilisait la pneumatique. Il était attaché à un câble d'alimentation qui servait également pour le refroidissement.
Le DARPA Robotics Challenge a été lancé en 2012. Le gouvernement avait demandé à Boston Dynamics de construire une dizaine de robots qui seraient capables d'intervenir en cas de catastrophes. L'entreprise a donc mis sur pied des robots hydrauliques, qui mesuraient 2 mètres de haut et pesaient près de 200 kg.
En 2013, la société mère de Google, Alphabet a acquis la start-up de robotique. Cette acquisition a donné un nouvel élan à l'entreprise, y compris dans le développement de l'humanoïde. Le robot a été redessiné tout en gardant la même force et la même mobilité. Entre autres modifications, Atlas est devenu complètement autonome en énergie. En effet, il peut fonctionner pendant 30 à 60 minutes, en fonction de ses activités.
En termes d'approvisionnement, les vannes posaient un problème. Face à un manque de choix de servovalves pour les contrôler, l'entreprise a mis au point son propre dispositif. La nouvelle valve de Boston Dynamics comporte un mode d'asservissement traditionnel, de freinage et de marche en roue libre. De plus, elle a un temps de réponse plus rapide avec une faible fuite de dérivation.
La technologie d'impression 3D
L'arrivée de l'impression 3D a joué un rôle majeur pour Atlas. Parmi les différentes pièces compositrices de l'humanoïde, la fabrication de la jambe était un franc succès. En gros, cette technologie a permis à Boston Dynamics d'intégrer à la fois dans une structure, le collecteur, l'acheminement des fluides et les cylindres d'actionnement.
D'autre part, l'inertie des membres est un défi de taille pour le développement d'un robot qui est censé marcher. L'impression 3D a également permis de réduire ce problème en fournissant l'énergie nécessaire pour le balancement des jambes.
L'unité de génération de puissance hydraulique (HPU)
L'impression 3D concerne aussi un autre élément essentiel pour Atlas : la HPU. En effet, elle permet de réaliser de nombreux gains d'efficacité. Elle est au cœur du fonctionnement du robot et c'est elle qui collecte l'énergie électrique, fournit l'énergie hydraulique, etc. La centrale électrique du dispositif correspond à une seule pièce, pour ainsi dire.
La technologie d'impression 3D permet de créer des structures organiques et de minimiser les composants superflus. Cela est donc très bénéfique pour les petites pièces sensibles, comme le collecteur à 18 vannes d'Atlas. Toutefois, malgré ces avantages, le temps passé à la fabrication des composants se traduit par moins de temps pour le développement du robot en soi.
Au cœur du développement du robot Atlas
Depuis des années, l'équipe de Boston Dynamics partage les avancées dans le projet Atlas en publiant des vidéos de mise à jour sur YouTube. En 2017, une vidéo montrait l'humanoïde en train de sauter sur dés boîtes, de sauter et tourner à 180 ° et d'effectuer un backflip.
Quelques mois plus tard, la mise à jour d'Atlas impliquait une sortie dans un environnement extérieur. Le robot courrait sur un terrain irrégulier et sautait par-dessus un rondin posé sur l'herbe. La vidéo de septembre 2019 visait à démontrer sa capacité à effectuer un équilibre sur les mains, des sauts périlleux et des rotations. En 2020, Boston Dynamics publie une vidéo dans laquelle Atlas, ainsi que d'autres robots de l'entreprise, effectuent une danse. L'année 2021, l'activité principale du robot montrée dans les vidéos est le parkour. Tout cela semble fascinant, mais à quel point l'est-ce vraiment ?
Les robots bipèdes
À la différence d'un humain, l'apprentissage de la démarche chez un robot ne se fait pas pas à pas. En effet, les ingénieurs en robotique ont pour but de concevoir des dispositifs finis, quoique modifiables. Pour ce faire, ils ne reproduisent pas le mécanisme des humains dans l'intégralité mais se concentrent sur l'objectif.
C'est, selon Boston Dynamics, la raison pour laquelle ils entraînent Atlas au parkour. Il s'agit là d'une activité inhabituelle qui ne caractérise pas tous les humains. Néanmoins, l'entreprise estime que cela permet d'atteindre les différentes nuances de la motricité bipède. Sur le long terme, cette capacité permettrait aux robots bipèdes de réagir efficacement à leur environnement, voire dans des conditions extrêmes.
Un autre avantage de cette activité est le fait qu'il entraîne le robot à maintenir son équilibre et à enchaîner fluidement un mouvement après l'autre. Certes, l'on pourrait croire que Boston Dynamics exagère la formation d'Atlas. Mais de leur point de vue, un robot capable de tels exploits pourrait facilement effectuer les mouvements plus simples et basiques des humains.
La perception en temps réel
Comme nous l'avons mentionné plus tôt, les capteurs d'Atlas génèrent des nuages de points pour la perception de son environnement. Il s'agit d'une technique commune pour les dispositifs autonomes, comme les voitures.
Pour un humain, c'est la vision stéréo, le mouvement de parallaxe, l'intuition et le feedback qui lui permet de créer une carte mentale de l'environnement. La question qui se pose est de savoir si les capteurs de l'humanoïde de Boston Dynamics sont suffisants pour avoir le même niveau de perception.
Les limites du robot Atlas
Il existe une limite notable aux capacités d'Atlas par rapport aux autres robots du même genre : il n'a pas de mains. En tant qu'humanoïde, son unique similarité avec un humain reste jusqu'ici sa démarche. Cela s'explique peut-être par le fait qu'il s'agit uniquement d'un projet de recherche et non commercial. Mais jusqu'à quand les gens continueront-ils de s'intéresser à un dispositif purement expérimental ?
Nous pouvons également noter une chose dans les vidéos publiées par l'entreprise. Les ingénieurs doivent régulièrement le réparer comme après avoir raté une cascade. Cela pourrait constituer des dépenses non négligeables en matière de temps et également de coûts. Un apprentissage par simulation présenterait une alternative à la formation d'Atlas.
Cependant, Boston Dynamics se propose de mettre leurs robots sur le terrain, à la différence d'autres entreprises robotiques qui se limitent au stade d'expériences. D'autant plus que les simulations virtuelles ne reproduisent pas fidèlement toutes les conditions du monde réel.
Néanmoins, malgré les quelques difficultés rencontrées par les ingénieurs de Boston Dynamics, Atlas reste jusqu'ici un robot futuriste et épatant. Pour la science des robots, c'est un excellent exemple de reproduction de la motricité humaine. Par ailleurs, il témoigne du principe que malgré les objectifs commerciaux visés, la recherche et le développement tiennent toujours un rôle important dans la science. Quant à la vision de l'entreprise qui consiste à repousser les limites de la robotique, nous attendons de voir quelles seront les prochaines innovations qu'elle nous fera découvrir à travers Atlas.
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