Un moteur électrique pour des systèmes robotiques, qui se veut compact, simple à fabriquer et dont le comportement est plus facile à calculer dans un simulateur : c’est l’objectif de la start-up française General Robotics, dont l’immatriculation remonte à février dernier. Une innovation qui lui a valu une exposition au salon Vivatech, à la mi-juin.
A la tête de la start-up se trouvent Cédric Loubiat, le président et cofondateur, ainsi que Nicolas Rabault, un ancien de Pollen Robotics (désormais propriété de Hugging Face) qui occupe les postes de directeur général et de directeur technique. Ce dernier a donné de sa matière grise pour concevoir ce moteur « hautement simulable », comme il le désigne. L’enjeu est d’obtenir un dispositif mécatronique qui améliore les performances de l’IA « physique », selon la définition que Nvidia rabâche depuis deux ans. Ou dit autrement, une IA incorporée dans un robot qui interagit avec le monde.
« Il existe un énorme goulet d’étranglement pour l’entraînement des IA pour la robotique qui n’existe pas pour l’IA classique, explique Nicolas Rabault. Pour entraîner un grand modèle de langage, on peut télécharger tout Internet. Pour les modèles équipant les robots, ce n’est pas possible. On doit enregistrer, dans la vraie vie, le comportement de milliers de robots dans des milliers de contextes différents. Une démarche qui coûte une fortune et qui ne passe pas à l’échelle. »
Combler l'écart à la réalité
Une solution consiste à opter pour un logiciel de simulation, dans lequel on copie-colle le robot virtuel dans des milliers de situations variées. Cependant, les calculs ne restituent qu’une approximation de la réalité. Un écart à la réalité nommé « sim2real gap » dans la littérature spécialisée, et qu’une IA a tendance à maximiser.
« Une IA, durant son entraînement, identifie des schémas qui se répètent, des points de similitude, analyse Nicolas Rabault. Un simulateur va créer des données approximatives qui sont autant de défauts récurrents vers lesquels l’IA va converger, car elle les considère comme des caractéristiques principales. »
Pour limiter ce risque, on peut chercher à représenter le plus fidèlement possible le matériel correspondant dans le simulateur. « Mais il y a plein de petits détails difficiles à simuler qui complexifient à l’extrême les dernières étapes de cette adaptation du software au hardware, argumente Nicolas Rabault. Notre approche est d’adapter le hardware pour réduire la complexité et la quantité des choses à simuler. »
Le moteur direct drive, clé des robots de nouvelle génération
La vocation de General Robotics est donc, dans un premier temps, d’améliorer la motorisation des robots. De façon générale, les prouesses et acrobaties réalisées ces dernières années par les robots – quadrupèdes et bipèdes notamment - s’expliquent en bonne partie par les progrès des moteurs électriques qui actionnent leurs articulations et donc leurs mouvements. Le moteur dit « direct drive » (ou plutôt quasi direct drive) en particulier, a permis de produire plus de couple pour une vitesse moindre du moteur.
Ce qui signifie qu’on a diminué le rapport de réduction et, en corollaire, le nombre d’étages mécaniques pour accomplir cette réduction. Et c’est tant mieux, car ces étages causent des frottements, dissipent de l’énergie… Bref, des non-linéarités qui se traduisent par des approximations dans le simulateur mis à contribution pour entraîner une IA. Dans le monde réel, elles limitent aussi la sensibilité du robot à son environnement quand il interagit avec celui-ci. Le moteur direct drive est plus « transparent », dans le sens où il transmet des informations plus fiables sur les interactions.
Par ailleurs ce type de moteur est réversible : sur l’exemplaire présenté par General Robotics à Vivatech, qui appartient à la catégorie direct drive, on pouvait saisir le levier fixé au moteur et inverser à la main le sens de rotation presque sans effort, sans endommager ce moteur. « C’est le moteur qui encaisse les interactions avec les environnements, pas les engrenages », poursuit Nicolas Rabault. Ces interactions, ce sont les chocs nombreux que subissent les moteurs d’un robot quand celui-ci se déplace sur le sol, par exemple.
Un système de réduction innovant
Le moteur vu à Vivatech n’est cependant qu’un avant-goût. « On travaille sur un système de réduction qui va être breveté, développe Nicolas Rabault. On diminue autant que possible le nombre d’étages de réduction et les pièces du moteur, afin d’en maximiser la précision et de réduire les frictions, le jeu, l’inertie… La simplicité de fabrication y gagne, de même que la compacité. Notre but est d’intégrer notre moteur dans les articulations, pour simplifier l’aspect mécanique du robot. L’accélération est plus forte et le mouvement de meilleure qualité. Et on réduit aussi le coût du robot, la motorisation pesant entre 50 et 75% du prix d’un système robotique. »
Le projet ayant débuté avant la création officielle de la start-up, il a déjà bien avancé. « Nous sommes en phase de prototypage, le TRL se situant en 5 et 6, intervient Cédric Loubiat. Nous aurons quelque chose de probant dans un an et la production en série débutera dans 18 mois. »
General Robotics Quelques exemples de composants modulaires - chenilles, bras polyarticulés... - que General Robotics compte développer pour divers besoins industriels.
Mais n’est-ce pas trop risqué de se lancer sur un marché désormais dominé par la Chine ? « Il est vrai que la fabrication de composants moteurs en Europe est compliqué, répond Nicolas Rabault, car la Chine le fait pour moins cher et qu’elle dispose de toutes les machines pour le bobinage du fil électrique notamment. Mais dans notre cas, on maximise la linéarité du système grâce à un moteur brushless (moteur synchrone et sans balais, ndlr) et toothless : il n’y a pas de structures métalliques destiné à l’enroulement des bobines à l’intérieur du stator, qui est une source de non-linéarité et aussi de pertes. Or, c’est un savoir-faire qui commence en Europe, et ce n’est pas plus cher à fabriquer qu’en Chine. » Une expertise que possède le norvégien Alva, avec lequel General Robotics est en partenariat.
Reste que le moteur, bien que central, n’est que la première étape de la feuille de route de la start-up, dont l’intention est de concevoir également des sous-ensembles robotiques de différentes formes, adaptés à des cas d’usage spécifiques. A commencer par un bras robotique à 6 axes, « le plus immédiatement intéressant pour l’industrie », complète Nicolas Rabault. Un vidéo à Vivatech montrait par ailleurs des modules de locomotion équipés de chenilles, prévus à plus long terme. Quant à l’IA, General Robotics se contentera de briques logicielles disponibles sur étagère. « La tendance est à l’open source, ce qu’on va exploiter », conclut Nicolas Rabault.
