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En vidéo : des robots apprennent la voltige aérienne par imitation

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A l'université Stanford, un show aérien a eu beaucoup de succès : les modèles réduits d'hélicoptères qui y réalisaient les plus difficiles des manœuvres acrobatiques n'avaient pas de pilotes. Et ils avaient appris tout seuls...

Les quatre hélicoptères de l'étude, désormais champions de voltige, devant Andrew Ng (au milieu) et deux membres de son équipe. © Stanford University

Comment enseigner le pilotage à un robot ? La technique classique consiste à mettre au point un programme informatique pour contrôler l'appareil et actionner les commandes à bon escient pour imposer une trajectoire. L'exercice est délicat avec un hélicoptère, engin instable par nature, qui ne plane pas et dont il faut en permanence corriger les mouvements. Le summum de la difficulté est donc atteint avec la voltige aérienne en hélicoptère.

Des chercheurs de l'université de Stanford, menés par Andrew Ng, y sont parvenus en dépassant l'approche classique : leurs robots ont appris à piloter... en regardant faire un pilote humain de modèles réduits, en l'occurrence Garett Oku. Pendant les évolutions de l'appareil, une caméra filme ses évolutions et un assistant déclenche l'enregistrement à chaque figure acrobatique effectuée par le pilote. L'exercice est répété à peu près dix fois.

Un logiciel analyse ensuite longuement toutes les trajectoires filmées. Son travail principal consiste à éliminer les petites variations d'une évolution à l'autre, dues à des erreurs de pilotage ou à des rafales de vent. Le logiciel reconstitue ainsi la trajectoire idéale voulue par le pilote et détermine la succession de commandes nécessaires pour les effectuer.

L'hélicoptère prend ensuite l'air sous le contrôle d'un ordinateur au sol. Bardé d'instruments de mesure (accéléromètres, gyroscopes et compas magnétique), il transmet en permanence sa position et ses mouvements par radio. L'ordinateur compare la trajectoire avec la figure voulue et envoie des ordres à l'hélicoptère à raison de vingt fois par seconde.


Démonstration de quelques figures de voltige...

Regarde faire et fais la même chose

Avec cette méthode, l'équipe de Stanford parvient à enseigner à un robot une figure de voltige en une trentaine de minutes. Les vidéos réalisées lors des essais sur le campus de l'université témoignent des performances atteintes. L'exploit dont les chercheurs sont les plus fiers est la réalisation d'une figure appelée tic toc. Elle consiste à placer l'appareil le nez vers le haut puis le faire osciller en maintenant à peu près immobile l'extrémité de la queue, avec un mouvement semblable à celui d'un pendule à l'envers. Avec l'approche classique de programmation, l'équipe de Andrew Ng avait déjà réussi à faire réaliser des figures acrobatiques à leurs hélicoptères mais des manœuvres difficiles comme celle-ci leur semblait infaisables. La méthode de l'auto-apprentissage, en revanche, permet le tic toc.

Cette prouesse est bien plus qu'un exploit d'ingeniérie. Elle pourrait être adaptée, affirment les auteurs de ce travail, à d'autres robots volants, nageurs ou marcheurs. De plus, leur méthode est loin d'être exotique. L'approche de l'auto-apprentissage est aujourd'hui un grand classique de la robotique. Les méthodes traditionnelles de programmation, contraignant à prévoir tous les cas de figure possibles, montrent en effet leurs limites lorsqu'il s'agit de reproduire des fonctions de ce genre, complexes mais qui ont quelque chose de naturel, comme marcher, courir, grimper, voler ou nager. En France, le laboratoire AnimatLab, par exemple, explore cette voie depuis longtemps. Parmi les « animats » imaginés par ces chercheurs figure notamment un hélicoptère qui a appris tout seul à se tenir en vol stationnaire.

Un jour, sans doute, pour apprendre à un robot à faire du vélo, il suffira de l'installer dessus et le laisser se débrouiller...

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