24 novembre 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu - Lyon Robotique & Société Robotique, mythe ou réalité ? Robotique, mythe devenu réalité, Et, de plus en plus, réalité sociale. D’où le titre : Robotique et Société Pr Louis FRÉCON LEACM 24 novembre 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu - Lyon

L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu Plan Définition Propriétés Constitution Ancêtres Préfiguration Robots en milieu hostile 7. Robots de service 8. Robots médicaux 9. Robots d’aide aux personnes âgées 10. Robot aide-soignant 11. Conséquences et Conclusion L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu

L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu 1 – Définition Première apparition des robots dans la pièce de théâtre de Karel Čapek Les Robots Universels de Rossum (1920); nom dérivé du tchèque robota : travail, besogne, corvée. Il s’agit alors d’humains artificiels. Actuellement, un robot est un dispositif mécatronique (mécanique + électronique + informatique) accomplissant automatiquement des tâches dangereuses, pénibles, répétitives ou impossibles pour les humains, ou des tâches plus simples mais en les réalisant mieux que ne ferait un être humain En ce sens, Un robot n’est pas forcément humanoïde L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu

L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu 2 – Propriétés Un robot de plein statut dispose de 3 autonomies énergétique (sait se recharger à temps : sensation du manque + action ad hoc de locomotion (roues, chenilles, pattes…, animés par des effecteurs (moteurs) de décision aussi large que possible dans le cadre d’une mission, sauf « règles d’éthique » genre Lois d’Asimov Niveau réflexe Niveau émotif (perception, analyse sommaire, action) Niveau cognitif (perception, compréhension, planification, action) L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu

3.1 – Constitution d’un robot : ensemble Ensemble de capteurs et d’effecteurs coordonnés par un (ou des) processeur(s) et la mémoire associée -- et alimentés par un système énergétique propre Capteurs Mémoires & Processeurs Effecteurs Actionneurs Informations Environnement Actions L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu

3.2 – Constitution d’un robot : détails alimentation générale (et sous-système énergétique) capteurs : « sens » du robot : micro, caméra, capteur de pression et contact, capteur de température…. perceptions internes (énergie, équilibre) et externes processeur(s) et mémoire(s) : « intelligence » du robot Système de traitement de l’information : donnée, situation, objectif, planification, séquences d’action Système + ou – décentralisé effecteurs/actionneurs : « membres » du robot moteurs et vérins, phares et lumières, haut-parleur, éléments chauffants, outils divers… communication = boucle provisoire d’information entre robot et environnement Un robot peut avoir divers processeurs spécialisés interconnectés >> intelligence distribuée L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu

4.1 – Ancêtres régulateurs Systèmes maintenant certaines caractéristiques dans un environnement changeant Greniers, réservoirs, barrages XIIIe : régulateur à foliot (horloges à poids) XVIIe : moulin à vent s’orientant automatiquement dans le vent XVIIIe : régulateur de Watt (machine à vapeur) XIXe : générateur de Kipp (chimie, 1844) ; thermostat (1886) homéostat Automate : machine réalisant une opération complexe par enchaînement d’opérations simples (plan d’action, programme) Régulateur : système maintenant certaines caractéristiques dans un environnement changeant (adaptation) >> souvent né d’une « paresse créative » L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu

L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu 4.2 – Ancêtres automates Machines réalisant une opération complexe par enchaînement d’opérations simples Antiquité : temples, palais, théâtre (> deus ex machina) ; ex : machines pneumatiques et hydrauliques de Héron d’Alexandrie (Ier siècle) Byzance : salle du trône : élévateur du trône, platane animé Moyen Age : horloges, carillons XVIIIe : boîte à musique ; joueur de flûte et métier de Vaucanson XIXe : métier Jacquard ; orgue de barbarie à cartons perforés (1890) Automate : machine réalisant une opération complexe par enchaînement d’opérations simples (plan d’action, programme) Artur Clarke : « Il n’y a pas de différence observable entre une magie et un technologie de pointe » L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu

5 – Préfiguration (XX e siècle) 1912 : 1er pilote automatique pour avion (Lawrence Sperry) Torres y Quevedo : joueur d’échec ; calculateur électro-mécanique d’expressions (vers 1920) Calculateurs programmables électro-mécaniques (K. Zuse & Schreyer, 1943) puis ordinateurs (1945), mini-ordinateurs (1966), micro-processeurs (Intel 4004, 1971), micro-ordinateurs (1976)… Machines-transfert (1960/1970) : groupe de machines-outils couplées pour une même production ; production rapide de grands volumes, mais rigidité+fragilité Télémanipulateurs nucléaires >> retour d’effort ; Unimate, 1er robot industriel, 1961 Machines-outils à commande numérique (ex : T1600-> chaîne Num 600 de Télémécanique) : petites et moyennes séries par reconfiguration La question est de passer d’automates exécutant une suite de commandes à des robots exécutant des missions, à charge pour eux de s’adapter aux circonstances… Elektro & Barko, Westinghouse, 1940 L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu

Quelques catégories de robots Robotpedia présente de nombreux robots À usage professionnel (12) D’exploration (5) Pour le sport (10) Artistiques (7) Domestiques (11) Expérimentaux (4) Militaires (6) De communication (3) Logistiques et de transport (8) …. Examinons quelques cas Chien >> Les robot « animaux », parfois appelé « animats » ont fait l’objet de nombreux développements Au départ, pour développer des robots arbitrairement simples Tortues de Bristol, W.G. Walter, 1947 : taille d'un petit chien ; repéraient les sources de lumière et tournaient autour d'elles en évitant les obstacles. Identifi-cation lumière/son : la reproduction simultanée de ces 2 signaux les entraînait à réagir au son seul >> réflexe conditionné, jusque là propriété exclusive de la vie. Une version finale se branchait sur une prise ad hoc quand la batterie faiblissait. Renard électronique, Albert Ducrocq, 1953. Au-delà des tortues de Bristol, ce renard réagissait à distance à la présence d'objets métalliques. Hexapodes, serpents, poissons… Puis comme robots de compagnie. Aïbo, 1999, par Sony, petit chien à 4 pattes, aboie, obéit parfois, fait la sieste, réagit aux sons ambiants, cherche sa balle ou son os, retourne à sa station quand sa batterie faiblit. Si on le caresse, l'encourage quand il essaie d'attraper un de ses jouets, il fait de plus en plus de tours pour amuser l'utilisateur. L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu

6 – Robots en milieu hostile : 1-sécurité nucléaire Inspection et expertise télévisuelles en milieu hostile : à l’aide d’un matériel mobile, inspection complète d’une centrale en vue de diagnostics. Extraction de corps étrangers par systèmes télé-opérés : Interventions dans le système grâce à des pinces, des pompes ou des aspirateurs adaptés à des porteurs assurant une exploration autonome. Particulièrement efficace. Nettoyage des circuits d’alimentation et de refroidissement : recours à du matériel hydrodynamique haute pression adapté à chaque contexte : têtes rotatives, matériel haute pression atteignant 2 500 bars, etc… Dans les années 60, les pinces des premiers télémanipulateurs nucléaires avaient tendance à écraser la verrerie ; cet inconvénient a été supprimé grâce à la notion de retour d’effort : un capteur de pression au cœur de la pince rend compte de la force de préhension, qui peut ainsi être limitée. L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu

6 – Robots en milieu hostile : 2-déminage Les mines tuent longtemps après la fin des guerres Les démineurs humains sont assez rapidement tués ou blessés Robot démineur : détecte et neutralise les mines sans être détectées par elles commande à distance jusqu’à 100 fois plus efficace L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu

6 – Robots en milieu hostile : 3-égouts Inspection et curage des égouts (diamètre de 25mm à 2m et +) Réalisation de plan 3D des réseaux existants Détection d’odeur et localisation des défauts d’étanchéité à l’origine des mauvaises odeurs Nettoyage des égouts, puits, citernes, fosses septiques et bassins d’orage (nettoyage à haute pression). L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu

6 – Robots en milieu hostile : 4-peinture Poste de peinture multirobots (peugeot 207) Chaque robot utilise un bras articulé à 5 degrés de liberté >> Une des plus grosses utilisations…. L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu

7 – Robots de service : accueil Aïko : robot gynoïde d’accueil Toshiba, dans un grand magasin huppé de Tokyo, fondé en 1673 1,65m, dit avoir 32 ans, 15 moteurs pour le visage annonce de diverses opérations commerciales Aussi : Nao, robot d’accueil multilingue (19 langues)https://www.yo utube.com/watch?v=2S TTNYNF4lk robots serveurs dans un restaurant de Shangaï adaptabilité du robot d’accueil : langues, expression du visage. adaptabilité des serveurs : enchaînement de gestes et de déplacement L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu

7 – Robots de service : balayage Robot de nettoyage industriel de Subaru (2005) nettoyant jusqu’à 3 000 m²/h (3 fois plus qu’une personne). Autonomie 3h. >>>> Au siège de Sumitomo, 7 robots opèrent de 23h à 3h. Allège la charge des personnels de nettoyage qui peuvent se concentrer sur plus difficile (bureaux, salles de bains). Ce modèle fait 89 cm et 135 kg, se maintient à une distance de 20 cm des murs, sait utiliser les ascenseurs. Quelques LCD lui donnent diverses expressions faciales. Roomba, petit robot ménager (2002), 4 millions d'exemplaires dans le monde. Mahru-Z, robot domestique humanoïde avec IA , marche et reconnait voix, visage, gestes, objets et obstacles (vision 3D) (2010) Divers niveaux d’intelligence Suivre un mur Avancer en nettoyant et évitant les obstacles Nettoyer une pièce systématiquement, en évitant de « tourner en rond » par rebond de mur en mur Savoir entrer et sortir d’une pièce Savoir nettoyer les pièces d’un étage Savoir changer d’étage dans un bâtiment L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu

L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu 7 – Robots médicaux Robot chirurgien (2000) console de commande + colonne vidéo + bras articulés au- dessus du malade, qui guident les instruments pour réaliser le geste à la place du chirurgien >> téléthèse L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu

L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu 7 – Robots médicaux Après installation du patient et anesthésie; introduction des instruments. A la console, le chirurgien pilote des télémanipulateurs : Commande des instruments, déplacement de la caméra, déclenchement de la coagulation, réalisation des sutures. Pour le patient chirurgie moins invasive et moins traumatisante que la chirurgie ouverte, plus précise que l’endochirurgie. Cicatrices plus petites, voire invisibles ; pertes sanguines réduites Réduction importante des douleurs, complications et infections post-opératoires, des séquelles à moyen et long terme. Récupération post-opératoire plus rapide de l’alimentation et de l’activité Hospitalisation plus courte Pour le chirurgien Avantages de la chirurgie ouverte, avec des incisions minimes 2 caméras >> vision exceptionnelle, 3D, haute définition ; possibilité de zoom grossissant Analyse chaque geste 1000 fois par seconde et envoie le signal aux bras articulés, en éliminant tout tremblement parasite. La console de commande reproduit toute la mobilité de la main et des doigts. Précision par démultiplication : avance de la main de 1cm sur la console >> avance de 1mm du bras sélectionné avec élimination des tremblements parasites. Le robot lui permet d'être plus rapide, plus concentré, moins fatigué, moins sujet à l'erreur. L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu

8 – Robots d’aide aux personnes âgées Activement développés au Japon Zora, descendant de Nao (androïde d’accueil multilingue d’Aldebaran) : 4,5 kg, 59 cm ; conversation simple, peut utiliser internet, danser etc… ; peut être utilisé comme coach Plutôt robot de compagnie, en usage auprès de 6000 personnes en Belgique et aux Pays-Bas ; usage aussi en pédiatrie…. Autonomie : 2h L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu

8 – Robots d’aide aux personnes âgées Activement développés au Japon Roméo, androïde issu de Nao, présenté récemment à Innorobo : 40 kg, 1,40 m mission : garder un œil sur les personnes en perte d’autonomie. Romeo se base sur les habitudes de son propriétaire afin d’anticiper ses besoins. Communication vocale : peut lui rappeler son agenda ou ses rendez-vous, ses prises de médicaments ou encore donner des conseils utiles. Assistance physique envisageable, comme ouvrir une porte ou enfourner un plat avec ses mains articulées. Si un patient met trop de temps à interagir avec lui, une équipe médicale pourra le contrôler à distance. en cours de mise au point (autonomie)…. L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu

L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu 9 – Robot aide-soignant Robear a pour fonction principale d'aider les patients à se lever à ou se mettre dans leur fauteuil roulant. Les aides-soignant(e)s effectuant ce geste jusqu’à 40 fois par jour, le robot a été conçu pour leur éviter au maximum cette tâche, minimiser les blessures, soulager leur dos. Robear pèse environ 140 kg et peut aider une personne de 80 kg maximum. L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu

9- Robot de téléprésence Beam d’Awabot (Villeurbanne) permet une visioconférence entre un utilisateur, représenté par un robot, avatar mobile parlant et voyant pour lui, et un interlocuteur Présence virtuelle appréciée des personnes âgées, permettant aux familles de rendre visite à leurs proches de manière plus régulière, voire quotidienne, indépendamment de la distance géographique. Le robot devient alors un relais familial qui participe à l’accompagnement moral des gens en maison de retraite. à certains établissements de faire intervenir par visioconférence des spécialistes de santé qui, sans être présents physiquement, peuvent ainsi donner des conseils et participer à un diagnostic Aux établissements spécialisés pour les enfants, ces robots permettent aux jeunes malades immobilisés dans des chambres stériles de s’évader, le temps d’une connexion virtuelle, vers une visite de musée, un concert, un évènement associatif Dans le domaine de la santé, un robot de téléprésence est un robot de service qui facilite les rapports entre les patients et leur famille ou leur médecin, Permet aux spécialistes d’intervenir à distance en vue de diagnostic et de suivi moral de leurs malades. Le robot participe alors à la sérénité d’esprit et au bon rétablissement des personnes hospitalisées. Utilisé notamment au Centre Léon Bérard L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu

L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu 10 – Conséquences Positives Réalisation de travaux dangereux, pénibles ou répétitifs Création d’emplois (mécatronique : fabrication et maintenances) Assouplissement de la production industrielle Explorations et exploitations sous-marine et extra-terrestre Négatives Suppression d’emplois dangereux, pénibles ou répétitifs Problème de la coexistence humains / robots : cobotique Robots « fous » ou hors contrôle Robots malveillants ; warbots Intelligence sans conscience ? « destruction créatrice » de Schumpeter Robots vs ouvriers : Robots préférables pour les travaux dangereux ou pénibles ; sinon investissement (selon coût et taux d’intérêt) + fonctionnement sur 12 à 15 ans Ouvriers préférables s’ils sont moins chers ou irremplaçables Le compromis japonais : les robots cotisants SS Concurrence ? Coopération ? (>> cobots) Questions juridiques : Si un robot est impliqué dans un accident, un délit, un crime, qui est responsable ? (critique pour toutes les questions de pilotage de voitures, camions, trains, avions, drones…) L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu

L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu Voir aussi Karel Čapek, Les Robots Universels de Rossum, Prague, 1920 Lois d’Asimov (Runaround, 1942) : embryon d’éthique sociale Un robot ne peut porter atteinte à un être humain, ni, en restant passif, permettre qu'un être humain soit exposé au danger. Un robot doit obéir aux ordres donnés par un être humain, sauf si de tels ordres entrent en conflit avec la Première loi. Un robot doit protéger son existence tant que cette protection n'entre pas en conflit avec la Première ou la Deuxième loi. MyVisu/Robotpedia L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu

L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu

Robots de service à usage professionnel L. Frécon, LEACM, 24 xi 2015, Hôpital Saint Jean de Dieu