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L'intelligence des robots

Vivre avec des robots

Les systèmes intelligents : des robots invisibles

La recherche passe par Precarn

Après des années de tentatives, d'espoirs et de déceptions, les machines intelligentes sont enfin sur le point de connaître leurs années de gloire. Déjà, elles ont commencé leur incursion dans notre société. Pour l'humanité, s'agit-il d'une menace ou d'un bienfait? Seul le temps permettra de répondre à cette question.

Selon Vincent Hayward, directeur du Center for Intelligent Machines (CIM) de l'Université McGill, une machine intelligente se définit comme « tout système capable de percevoir son environnement, de l'interpréter et de le modifier dans un but précis ». Depuis 1985, les membres du CIM tentent de reproduire artificiellement certains aspects de l'intelligence humaine. « L'intelligence artificielle est un vaste domaine qui, à l'origine, se confondait avec la robotique. Cependant, depuis une quinzaine d'année, les champs d'intérêt se sont considérablement élargis. Aujourd'hui, la robotique n'en représente plus qu'un aspect bien particulier. »

En plus des robots qui servent à assembler des pièces dans les usines, on trouve maintenant des systèmes de sécurité qui reconnaissent le visage des propriétaires de la maison, des logiciels qui assistent les médecins dans leur diagnostic et des réfrigérateurs qui envoient une commande à l'épicier du coin lorsqu'ils sont à cours d'un aliment. Quelques chiffres suffisent pour constater à quel point le domaine de l'intelligence artificielle est en effervescence au Canada. Precarn, un consortium national qui finance des projets en intelligence artificielle, octroiera 40 millions de dollars d'ici 2006 à des compagnies canadiennes qui font de la R-D dans ce domaine. Quant à l'Institut de robotique et d'intelligence des systèmes (IRIS), le pendant universitaire de Precarn, il finance la recherche au sein de 23 universités, dont cinq québécoises, à raison de 4 millions de dollars par année.

Et les efforts de R-D ne sont pas près de stagner. Au fur et à mesure que notre société et les problèmes auxquels elle fait face se complexifient, il devient nécessaire de mettre au point des machines de plus en plus intelligentes. Éventuellement, les décisions pourraient devenir tellement complexes... que les humains seraient incapables de les prendre! Les machines pourraient-elles un jour prendre le contrôle de notre société? « C'est aller un peu loin, croit Vincent Hayward. Cependant, une chose est sûre : les spécialistes qui comprendront le fonctionnement des systèmes intelligents auront une emprise de plus en plus grande sur notre société. »

Vivre avec des robots

Dans un laboratoire ultrasophistiqué, un scientifique chevronné lance à ses collègues le défi de construire un enfant robot qui pourra aimer ses parents, rêver son avenir et prendre soin de ses proches! Deux ans plus tard, David est né : un enfant qui ne sera jamais malade, jamais désobéissant. Cette scène tirée du film A.I., de Steven Spielberg et Stanley Kubrick, relève évidemment de la science-fiction. Mais sommes-nous vraiment si loin de ce monde?

En novembre 2001, la compagnie Honda introduisait son nouveau robot humanoïde, baptisé Hasimo. Disponible pour location au Japon, Hasimo peut marcher, monter ou descendre les escaliers et dialoguer avec les humains. Par ailleurs, Kismet, un robot construit dans un laboratoire du Massachusetts Institute of Technology (MIT), est doté d'un visage qui imite celui de l'humain. Il est programmé pour exprimer des émotions telles la surprise, la tristesse ou la joie.

Les robots humanoïdes auxquels nous avait fait rêver La guerre des étoiles seraient-ils enfin à nos portes? « Pas si vite!, répond Denis Gingras, professeur en génie électrique et directeur de l'Institut des matériaux et des systèmes intelligents (IMSI) de l'Université de Sherbrooke. Il est vrai que la puissance des ordinateurs s'est accrue exponentiellement au cours des dernières années, et cela ouvre la voie à de nombreuses applications robotiques. Cependant, nous sommes loin d'avoir résolu tous les problèmes. » En effet, en plus de coûter plusieurs millions de dollars, le Hasimo japonais pèse une tonne. Impossible pour le commun des mortels de le ramener à la maison. Quant au souriant Kismet, il n'arrive même pas à se déplacer. Conscients des nombreux défis que pose la robotique, les scientifiques de l'IMSI tentent de trouver de nouvelles avenues plus pratiques et plus abordables.

Nouvelle génération, nouveau format
Rattaché à l'IMSI, François Michaud, de l'Université de Sherbrooke, dirige depuis 1997 le Laboratoire de recherche en robotique mobile et systèmes intelligents (Laborius)(voir : Découvrir, vol. 22, n° 5, p. 18-21). Il s'interroge sur les raisons qui poussent les inventeurs à mettre au point des robots qui imitent les humains. « Pourquoi un robot aurait-il uniquement deux bras, deux yeux? Pourquoi pas un troisième œil derrière la tête? Et pourquoi s'entêter à concevoir des robots sur pattes alors qu'ils se déplaceraient plus facilement sur roues? » Dans les locaux de Laborius, les robots prennent toutes les formes possibles et imaginables. Roball, par exemple, est un robot-boule qui roule sur lui-même. Quant à Argus, il est muni de plusieurs yeux qui tournent autour de sa tête. « Grâce à ces prototypes, précise le professeur Michaud, nous tentons de mettre au point des robots pratiques et économiques qui évolueront dans des environnements ouverts, non contrôlés. »

En effet, pour qu'un robot soit digne de ce nom, il doit pouvoir se déplacer du point A au point B sans se perdre ou heurter un obstacle. Or, dans une résidence, on change parfois les meubles de place. Les portes s'ouvrent et se ferment. L'environnement est loin d'être contrôlé. « Nous intégrons à nos robots des capteurs visuels tels que des sonars ou des caméras. Les données recueillies sont alors captées par le robot, ce qui lui permet de contourner les obstacles. »

À l'École de technologie supérieure (ETS), un club étudiant travaille à la mise au point de Capra, un robot quadrupède des plus agiles. Grâce à ses deux yeux constitués de caméras, Capra arrivera à recréer en trois dimensions la carte topographique de son environnement. Il pourra ainsi trouver le chemin optimal pour rejoindre une cible. Ces fonctions lui permettront de naviguer sur des terrains accidentés, là où d'autres robots n'arrivent pas à se rendre. Mais pour construire Capra, les commanditaires devront délier les cordons de leur bourse : les étudiants ont besoin de 250 000 $. Aujourd'hui encore, la robotique reste un passe-temps pour les bien nantis. « C'est certain que les coûts demeurent très élevés, explique Dominik Désilets, président du club Capra, mais ils baissent à une vitesse impressionnante. »

Les robots domestiques
Mais les coûts baissent-ils assez vite pour permettre à monsieur et madame Tout-le-monde d'espérer posséder leur propre robot d'ici les prochaines années? Oui, répond François Michaud. On devrait y arriver d'ici 2005. Mais les robots domestiques seront très loin de l'enfant David, imaginé par le duo Spielberg-Kubrick. « La simulation d'un être humain est l'application ultime de l'intelligence artificielle, estime Denis Gingras. Des millions d'années d'évolution biologique ne peuvent pas être remplacés par un robot conçu en quelques années. » Alors, à quoi s'attendre? « La première application sera probablement le jouet, pense le professeur Michaud. Déjà, Sony a vendu plus de 100 000 exemplaires de son chien Aibo. Mais à 3 000 $ l'unité, ce toutou n'est pas pour toutes les bourses. Roball, le robot-boule, sera beaucoup plus accessible. »

Pour ceux et celles qui rêvent d'un robot capable d'accomplir des tâches ménagères, plusieurs compagnies tentent de mettre au point des aspirateurs qui nettoieront la maison sans aide et reviendront se brancher à leur poste de recharge. Cependant, ils sont encore loin d'être aussi intelligents qu'on le souhaiterait. La plupart n'arrivent même pas à monter les escaliers! « Je préfère encore payer une personne pour faire le ménage plutôt que de dépenser 4 000 $ pour un robot qui tournera les coins ronds et abîmera la maison », affirme François Michaud. Les chercheurs ont encore du pain sur la planche!

Les systèmes intelligents : des robots invisibles

Les envahisseurs sont parmi nous! Depuis quelques années déjà, les machines intelligentes surgissent de partout et prennent d'assaut notre univers. Vous ne les voyez pas? C'est qu'il ne s'agit pas de robots visibles. Ce sont plutôt des systèmes intelligents, utilisés notamment dans les appareils ménagers, les usines manufacturières ou les systèmes de sécurité. En voici quelques exemples.

Voir toujours mieux
Langis Gagnon, chercheur responsable de l'équipe Vision et imagerie au CRIM, est un spécialiste de la vision artificielle, un procédé largement utilisé dans les systèmes intelligents. « Le principe est simple. D'abord, une image est saisie à l'aide d'un capteur tel qu'une caméra ou un laser. L'image est ensuite numérisée puis analysée par un algorithme informatique. » La vision artificielle est utilisée, entre autres, dans les systèmes de sécurité. « Le système peut comparer une photo d'empreintes avec des images contenues dans une banque de données approuvée, explique M. Gagnon. Si les empreintes digitales de la personne testée se retrouvent dans la banque de données, la porte se déverrouille automatiquement. »

Autre domaine d'application : le secteur manufacturier. On intègre sur une chaîne de montage, une caméra prenant une photo de chacune des pièces usinées. Le système intelligent compare cette photo à celle de la pièce souhaitée. S'il détecte une différence, la pièce est jugée défectueuse et le système la retire automatiquement du lot.

L'imagerie médicale est un autre champ dans lequel la vision artificielle a fait ses preuves. « Les systèmes de vision artificielle peuvent repérer les lésions sur une radiographie, explique M. Gagnon. Ils peuvent aussi analyser la forme de la lésion, sa couleur et sa distribution. Ce faisant, ils fournissent une aide précieuse au médecin qui doit poser un diagnostic. »

L'automobile de demain
Regarder un film pendant que vous êtes au volant de votre automobile, sur la route Montréal-Québec, est-ce de la pure folie? Denis Gingras ne le croit pas. L'Institut des matériaux et systèmes intelligents (IMSI), qu'il dirige à l'Université de Sherbrooke, reçoit un budget annuel de 1,5 million de dollars pour participer à la création de l'automobile du 21e siècle. Une vingtaine de chercheurs provenant de plusieurs facultés de l'Université de Sherbrooke collaborent à ce projet. Un des objectifs est la mise au point d'un train routier. « Tous les véhicules seraient munis d'un système de guidage automatisé, explique le professeur Gingras. Lorsqu'une voiture emprunterait l'autoroute, elle se verrouillerait électroniquement sur le véhicule devant elle. De la même façon, l'auto qui la suivrait lui serait reliée. Un véhicule de tête agirait à titre de locomotive. Toutes les voitures seraient synchronisées entre elles, en parfaite harmonie avec la route. Le chauffeur n'aurait qu'à se laisser tirer. » Libéré de l'obligation de tenir le volant et de regarder la route, le conducteur pourrait lire un bouquin ou regarder un film. C'est pour quand? « D'ici cinq ans, nous aimerions avoir un prototype », espère Denis Gingras.

Des tutoriels intelligents
Débordés, les enseignants ne peuvent être disponibles « 24 heures sur 24 » pour leurs étudiants. De plus, ces derniers sont trop nombreux pour que les professeurs puissent tenir compte des caractéristiques de chacun. C'est pourquoi André Mayers, chercheur au sein de l'IMSI, met au point des tutoriels qui pourraient donner un sérieux coup de pouce aux professeurs. Alors que les vieux systèmes d'enseignement étaient plutôt simplistes, offrant uniquement des questions à choix multiples, ces nouveaux logiciels sont franchement intelligents. « Nos logiciels s'adaptent aux étudiants auxquels ils enseignent, explique-t-il. Ils ont une mémoire infinie et peuvent se souvenir de tous les exercices faits par l'étudiant dans le passé. Ils savent où l'étudiant s'est trompé et quelles sont ses faiblesses. »

Évidemment, un logiciel a certaines lacunes. « Si l'étudiant est distrait ou tape du pied, la machine ne peut pas s'en apercevoir et changer le rythme, comme le ferait un professeur! » Mais déjà, les chercheurs entrevoient des avenues pour solutionner ce problème. « Bientôt, les systèmes pourront capter et suivre la pupille de l'étudiant. Si elle se promène partout, la machine pourra rappeler l'élève à l'ordre. Mais quelles que soient les améliorations qu'on y apportera, le professeur virtuel ne pourra pas combler toutes les lacunes. « À mon avis, l'idéal est de combiner les deux types d'enseignement : un tutoriel pour acquérir les connaissances de base et un professeur pour apporter un côté chaleureux et humain. Du point de vue mécanique, les machines sont peut-être plus intelligentes que l'être humain, mais sur le plan de la sensibilité, rien ne peut le remplacer. »

La recherche passe par Precarn

Au Canada, la recherche universitaire est de plus en plus tributaire des liens qu'elle entretient avec l'entreprise privée. Toutefois, dans le domaine des systèmes intelligents, nul ne peut se passer des chercheurs universitaires. En effet, au pays, la grande majorité des entreprises spécialisées en intelligence artificielle ont été créées dans le but de lancer des technologies développées dans les laboratoires des universités.

Mais le transfert technologique des universités vers le privé n'a pas toujours été aisé. Avant 1988, année du lancement de Precarn - un organisme sans but lucratif qui finance des projets de recherche industriels en intelligence artificielle -, la plupart des technologies mises au point par les chercheurs avaient du mal à trouver preneur. Tony Eyton, président-directeur général de Precarn, se souvient : « Une quantité phénoménale d'idées étaient perdues. Il y avait un fossé entre les entreprises et les universités. Nous avons voulu construire un pont entre les deux. »

Commercialiser les idées...
Grâce à une subvention d'Industrie Canada, Precarn a entrepris de bâtir un solide réseau regroupant à la fois des chercheurs et des entrepreneurs intéressés par les systèmes intelligents. Pour y arriver, elle finance des projets de recherche novateurs auxquels participent à la fois des entreprises privées et des universités. Entre 1988 et l'an 2000, 25 projets ont été approuvés par le comité de sélection de Precarn et 35 millions de dollars ont été distribués. « Au total, plus de 100 compagnies ont collaboré à ces projets, affirme M. Eyton. Grâce à nos efforts, 1 200 emplois ont été créés et 100 nouvelles technologies ont percé le marché. » Au cours de la troisième phase de son mandat, soit de 2000 à 2005, Precarn prévoit octroyer 40 millions de dollars.

... et en pondre de nouvelles
Les projets financés par Precarn sont axés sur le développement et la mise en marché de nouvelles technologies. Mais qu'advient-il de la recherche fondamentale, essentielle à l'émergence des nouvelles idées? Pour éviter de créer un déséquilibre, Precarn a fondé en 1990 un organisme affilié, soit l'Institut de la robotique et d'intelligence des systèmes (IRIS). « Precarn s'attarde aux projets pilotés par l'industrie, basés sur les applications, indique M. Eyton. Quant à IRIS, il encadre les projets menés par les universités, basés sur la curiosité scientifique. »

Toujours pour favoriser le maillage, les équipes IRIS doivent être composées de chercheurs de plusieurs universités. De plus, la participation d'une entreprise privée dans une équipe est vivement encouragée. Les équipes acceptées par le comité de sélection reçoivent jusqu'à 200 000 $ par année pour la réalisation de leur projet. Et l'investissement a porté des fruits. « Jusqu'à maintenant, 29 compagnies ont été lancées par des étudiants ou des professeurs qui faisaient partie d'IRIS, affirme fièrement Tony Eyton. Sur ces essaimages, 24 sont encore en activité. Le secteur des systèmes intelligents est en pleine croissance au Canada. Sans aucun doute, Precarn et IRIS y sont pour quelque chose. »

Touché!
Démarré en 1998, le projet SolidTouch visait à intégrer la sensation du toucher aux ordinateurs. « Les machines étaient devenues ultrasophistiquées sur les plans visuel et audio, explique Matthew Mather, de la compagnie Immersion Canada. Nous voulions y intégrer la dimension tactile. » En collaboration avec MathEngine, une entreprise montréalaise, ainsi que les universités McGill et Queens, Matthew Mather a obtenu un financement de 460 000 $ de Precarn. En y ajoutant les investissements privés, le projet SolidTouch a bénéficié de 1 200 000 $, répartis sur deux ans.

Aujourd'hui, la technologie d'Immersion est utilisée par BMW dans le système i-Drive de ses voitures de série 740, où un ordinateur sert de tableau de bord. « Le conducteur peut interroger l'ordinateur pour connaître une foule d'informations, dont la température extérieure, la quantité d'essence qu'il lui reste, etc. Cependant, il serait dangereux pour lui de regarder l'écran pendant qu'il conduit. Grâce à la technologie i-Drive, le chauffeur peut poser sa main sur une souris et sentir tout ce qui se passe à l'écran, sans y jeter les yeux. » Par exemple, chaque fois que le curseur croise un choix dans le menu affiché à l'écran, la souris envoie une pulsion dans la paume du chauffeur. S'il y a trois options, le conducteur sentira trois pulsions. « Le chauffeur peut ainsi naviguer plus facilement sur l'ordinateur, sans avoir les yeux rivés à l'écran. »

Détecteur de défauts
Encore aujourd'hui, la plupart des inspections d'avions civils se font de visu : des employés tentent, tant bien que mal, de déceler des fissures ou de la corrosion dans la carlingue. Mais l'œil humain n'est pas à toute épreuve. Pour pallier ce problème, Tektrend International, une entreprise québécoise, s'affaire à développer une unité portative qui décèlera les défauts, aussi minuscules soient-ils. « Il s'agit d'un système optique intelligent qui envoie un faisceau lumineux sur la paroi de la carlingue et analyse la topologie de la surface, explique Ahmad Chahbaz, vice-président de la compagnie. Si un défaut est détecté, la machine avise automatiquement l'opérateur. » En collaboration avec le Conseil national de recherche du Canada (CNRC), la Défense nationale et l'Université Laval, Tektrend International a reçu 650 000 $ de Precarn, répartis sur deux ans. Le projet devrait se terminer au mois de juin 2002. Selon M. Chahbaz, les choses augurent bien. « À l'heure actuelle, nous sommes en discussion avec des compagnies aériennes et aérospatiales intéressées par notre produit. »

Au-delà des images
La réalité virtuelle, telle qu'on nous la présente, a généralement recours à des images 3D. Mais est-ce là une représentation fidèle de la réalité? Denis Poussart, professeur à l'Université Laval, pense que non. « L'image, ce n'est que la coquille. » Avec son projet intitulé VERTEX, il espère aller beaucoup plus loin. « Nous voulons enrichir les images de synthèse en modélisant ce qui se trouve derrière. Par exemple, lorsqu'un médecin regarde l'image d'une tumeur à l'écran, il n'a qu'une bribe de l'information. En effet, s'il veut traiter la tumeur par cryochirurgie, il doit savoir comment elle réagira au froid. À l'image, il faut donc ajouter des modèles qui simuleront les mécanismes de propagation de température dans la tumeur. » Avec son équipe regroupant des membres des universités McGill, Victoria et Western Ontario ainsi que d'Hydro-Québec et International Submarine Engineering, Denis Poussart a obtenu une subvention d'IRIS pour mener son projet à terme. L'équipe bénéficiera de 200000$ par année, durant quatre ans. « Une image vaut mille mots. Notre technologie en vaudra des millions. »

En toute sécurité
Le travail dans les mines est souvent dangereux. Pour cette raison, les gestionnaires se tournent de plus en plus vers les robots pour remplacer les humains afin d'effectuer les tâches périlleuses comme le dynamitage. Paul Cohen, professeur à l'École Polytechnique de Montréal, travaille en collaboration avec quatre autres universités et six entreprises privées afin de mettre au point des interfaces de communication qui permettront aux humains de faire fonctionner les robots à distance, loin de tout danger. Son projet SMART a reçu d'IRIS près d'un million de dollars, répartis sur quatre ans. Plusieurs compagnies minières ont déjà étudié les résultats du professeur Cohen. « En avril 2002, la phase de recherche sera terminée, affirme-t-il. Nous envisageons déjà le développement et la commercialisation. »

Dominique Forget

 

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