C’est par une chorégraphie soignée que la pépite de la robotique américaine Boston Dynamics a fêté la fin de l’année 2020. Dans une vidéo mise en ligne le 29 décembre 2020, son robot humanoïde Atlas se trémousse et fait preuve d'un déhanché fluide à faire pâlir d'envie nombre de danseurs amateurs.
Un moyen pour l’ancienne spin-off du MIT, récemment rachetée par Hyundai, de démontrer les performances de ses produits et d’entretenir sa notoriété. Une semaine après sa mise en ligne, la vidéo comptabilisait déjà plus de 20 millions de vues sur le seul compte officiel de la firme. Explications avec Justin Carpentier, chercheur au laboratoire Willow de l’Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique (Inria) et spécialiste de la locomotion des robots à forme humaine et du lien entre vision et robotique.
L’Usine Nouvelle. - Les déhanchés des robots de Boston Dynamics ont impressionné les internautes. Du point de vue du chercheur, le buzz était-il mérité ?
Justin Carpentier. - Ce n’est pas la première fois que des robots dansent. Nao[le petit robot mis au point par la société française d’Aldebaran Robotics, ndlr] l’avait déjà fait. Tout comme HRP2 du côté du japonais Kawada. Concrètement : on enregistre le mouvement d’un danseur, que l’on transfère vers un robot via un algorithme dit de retargeting pour prendre en compte les changements de dimensions et la redistribution de masse. Mais cette fois, le mouvement est très dynamique et très fluide. Ce qui impressionne. Il y a même un saut, ce qui nécessite une interaction fine avec la gravité pour éviter la chute du robot quand il retombe (même si l’on peut noter que le sol utilisé est un peu mou pour lui faciliter la tâche). Boston Dynamics n’a pas communiqué sur la méthode utilisée pour atteindre ces mouvements, mais on peut imaginer qu'elle est celle d’un transfert de mouvements depuis un danseur humain vers le robot. Ce n’est pas simple car ce sont des mouvements très dynamiques, mais cela fait quelques années que le robot humanoïde Atlas monte en puissance quant à la maîtrise de tels mouvements.
Il y a encore cinq ans, Boston Dynamics peinait à maîtriser le mouvement de son robot humanoïde. Un challenge en robotique. Qu’est-ce qui a changé ?
Nous voyons dans la vidéo la deuxième version d’Atlas. La première avait été réalisée pour répondre à un challenge de la DARPA[l’agence du département de la Défense des États-Unis chargée des nouvelles technologies, ndlr] entre 2012 et 2015. A la suite de Fukushima, il s’agissait d’envoyer des robots dans des environnements à risque et Atlas n’a pas gagné en raison de sa lourdeur et de son ergonomie inadaptée. Depuis, Boston Dynamics a retravaillé tout son design pour optimiser le système de motorisation hydraulique, à la fois en termes d'encombrement et de poids. Notamment via l’impression 3D. Ils intègrent un système de “veines” moulées dans le corps du robot pour transporter le fluide, des servovalves de très grande précision ainsi que des capteurs dernier cri.
Donc les avancées de Boston Dynamics portent davantage sur l’ingénierie que sur les capteurs et les logiciels qui le contrôlent ?
Les deux vont de pair car avoir une bonne mécatronique permet d’avoir beaucoup moins de problèmes de contrôle. Atlas a aussi un très bon contrôle : le logiciel parvient à exploiter l’ensemble des capacités physiques du robots pour une danse dynamique intégrant des phases de simple support (quand le robot est sur une seule jambe) et de vol. Ce qui nécessite des programmes capables de réagir en temps réel avec la physique du monde extérieur. Outre sa main-d'œuvre abondante, la force de Boston Dynamics est de maîtriser tout le pipeline, de la construction à la programmation du robot. Ce qui permet des retours entre les deux étapes. C’est crucial alors qu’en France, les laboratoires en pointe sur le logiciel ont globalement perdu les compétences en terme de construction et fabrication des robots de la construction. Notamment pour des raisons économiques ou en raison de choix stratégiques quant au pilotage de la recherche publique.
Sait-on si la danse a été programmée mouvement par mouvement ou si le robot mobilise de l’intelligence artificielle pour conserver son équilibre – comme Google l’avait présenté pour un robot quadrupède entraîné à marcher par un algorithme d’apprentissage par renforcement ?
Boston Dynamics communique peu, bien que certaines conférences récentes lui ont permis d’expliquer son système de contrôle du mouvement robotique. Ce que l’on sait, c’est qu’il n’utilise pas d’apprentissage par renforcement, mais des algorithmes issus de la théorie du contrôle classique et capable de prendre en compte l’ensemble des informations sensorielles à sa disposition pour régler l’équilibre d’Atlas. Par contre, le robot ne réagit pas à la musique. Il fait bien trop de bruit pour l’entendre de toute manière ! Le choix des pas de danse est probablement préenregistré par avance et on voit d’ailleurs dans la vidéo que ce n’est pas un plan séquence. Donc que le robot n’a peut-être pas mené sa chorégraphie d’un seul coup, comme le ferait un danseur professionnel.
Les algorithmes d’apprentissage sont donc la prochaine étape ?
Chacun prêche pour sa paroisse. Pour l’instant, je n’ai pas vu de méthode d'apprentissage par renforcement capable de réaliser de tels mouvements. Mais il y a des progrès, on peut citer la société suisse Anybotics, en lien avec l’ETH Zurich, qui produit un robot quadrupède très fiable en déployant des algorithmes d’apprentissage pour la locomotion sur des sols irréguliers. Mais cela reste un simple mouvement de marche.
Par ailleurs, nombre de chercheurs jugent que l’on pourrait mobiliser à la fois l’apprentissage et le contrôle. C’est le travail que nous menons par exemple à l’Inria, avec l’idée que la synthèse des deux peut permettre de résoudre le problème de génération de mouvements basés sur la perception en robotique. C’est-à-dire sur la vision du monde réel via des algorithmes d’apprentissage profonds afin d’en comprendre le sens (identifier une porte, une rambarde..) et potentiellement l’exploiter.
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Cette performance d’Atlas nous renseigne-t-elle sur un potentiel modèle économique pour Boston Dynamics, récemment racheté par Hyundai ?
Il faut regarder du côté d’autres robots pour trouver un modèle économique. Le robot quadrupède de Boston Dynamics, Spot Mini, est déjà en vente et vise l’exploration et la surveillance. Par ailleurs, la firme a aussi développé Handle, un bras robotique monté sur roues pour se déplacer dans une usine et un entrepôt. A mon avis, pour l’instant Atlas reste plutôt une plateforme de recherche et de développement, qui permet d'alimenter d’autres produits plus liés à un secteur économique.
