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Piloter un robot grâce à un casque de réalité virtuelle

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Visiter un musée ou un monument, assister à un coucher de soleil à l'autre bout du monde, tout cela sans bouger de chez soi : voilà ce que promet la plateforme développée à l'université de Pennsylvanie (États-Unis) grâce à son robot mobile télécommandé. Avec ce système, une personne munie d'un casque de réalité virtuelle Oculus Rift peut diriger l'appareil qui filme la scène grâce à une caméra. Le pilote dispose ainsi d'une vue subjective totalement immersive.

En associant un casque de réalité virtuelle Oculus Rift et un robot télécommandé, une équipe de l’université de Pennsylvanie (États-Unis) a créé une expérience extra-corporelle hautement immersive. © Dora Platform, University of Pennsylvania

Dans un avenir proche, les avancées combinées de la robotique et de la réalité virtuelle vont donner lieu à de multiples applications et usages inédits. On pense notamment à des expériences extra-corporelles comme celle du rover lunaire développé par des étudiants et chercheurs de l'université Carnegie Mellon, aux États-Unis, et qui ambitionne de rendre accessible au grand public l'exploration de la Lune en vue subjective.

Dans une perspective plus terre à terre, l'association d'un casque de réalité virtuelle et d'un robot téléopéré pourrait aider des équipes de secours à évaluer avec une meilleure précision les conditions dans des zones difficiles d'accès ou dangereuses, sans parler des nombreuses applications militaires. Et pourquoi pas imaginer de pouvoir un jour visiter un musée ou découvrir un monument à l'autre bout de la planète comme si on y était ?

C'est précisément ce genre d'immersion qu'a cherché à reproduire une équipe de l'université de Pennsylvanie (États-Unis) avec son projet Dora (Dexterous Observational Roving Automaton, en anglais) qui se présente comme une « plateforme robotique téléopérée immersive ». Il s'agit d'associer un casque de réalité virtuelle Oculus Rift à un robot télécommandé dont la tête est munie de deux caméras vidéo.

La personne qui porte le casque voit en quelque sorte à travers les yeux du robot, comme si elle était sur place. Si ce genre de technique n'est pas une nouveauté en soi, l'innovation tient à la liberté de mouvement qu'offre Dora. Le système suit avec précision les mouvements de la tête sur six degrés de liberté. L'objectif est d'atteindre un niveau d'immersion tel que la personne ait l'impression d'être réellement sur place. La vidéo de démonstration, publiée sur Vimeo, permet de constater que l'Homme et la machine font quasiment corps.

La tête du robot, dans laquelle sont situées les caméras vidéo, restitue avec fidélité les six degrés de liberté de la tête de la personne qui le contrôle via le casque de réalité virtuelle. © Dora Platform, University of Pennsylvania, Vimeo

La tête du robot, dans laquelle sont situées les caméras vidéo, restitue avec fidélité les six degrés de liberté de la tête de la personne qui le contrôle via le casque de réalité virtuelle. © Dora Platform, University of Pennsylvania, Vimeo

Reproduire fidèlement les mouvements de la tête

Le casque Oculus détecte à la fois l'orientation de la tête grâce à sa centrale inertielle ainsi que la position au moyen de balises infrarouge. Les informations sont transmises à des microcontrôleurs Arduino et Edison (fabriqués par Intel) grâce auxquels le robot reproduit fidèlement les mouvements de la tête. Les caméras de l'engin filment avec une définition de 976 x 582 pixels à 30 images par seconde. Le casque Oculus pourrait toutefois supporter une qualité supérieure.

Le principal défi technique qu'il a fallu surmonter est de réduire au maximum la latence qui se produit entre le moment où la personne bouge la tête et le moment où l'affichage vidéo du casque restitue cette action. Entretemps, plusieurs étapes doivent se dérouler en un délai extrêmement court : réception par l'ordinateur des informations relatives aux mouvements, traitement, capture de l'image vidéo correspondante puis restitution au casque Oculus. Actuellement, le système Dora accuse un temps de latence d'environ 70 millisecondes. Selon Oculus, le minimum acceptable pour garantir l'immersion et le réalisme de la réalité virtuelle est de 60 millisecondes. La différence n'est donc pas énorme, sachant que, dans le cas du projet Dora, les concepteurs doivent, en plus, composer avec la vitesse de la connexion sans fil entre le casque et le robot ainsi que le frottement des pièces mécaniques en mouvement. Cependant, ils estiment pouvoir optimiser le système pour réduire l'écart.

Actuellement, la connexion sans fil entre l'opérateur et le robot se fait par liaison radio avec une portée pouvant atteindre 7 kilomètres. Dans le cas d'une utilisation commerciale, le système devrait s'appuyer sur des réseaux Wi-Fi ou cellulaire type 4G dont les performances devront être suffisantes pour éviter toute latence excessive, ce qui n'est pas forcément aisé. Pour le moment, Dora est avant tout une preuve de concept et l'équipe du projet n'a pas décidé d'un éventuel projet commercial.

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