Les robots humanoïdes ont été mis sous les feux des projecteurs l'année dernière, et de nombreuses entreprises se sont mises à commercialiser leurs propres produits humanoïdes. La plupart d'entre eux ont une apparence humanoïde typique, utilisent des bras et des griffes pour manipuler les objets et des jambes dures pour marcher.
Mais récemment, l'Institut de recherche Toyota (TRI) du Japon a lancé un nouveau robot, Punyo, et a exprimé son espoir que Punyo fasse progresser les robots humanoïdes.
Punyo est un robot innovant dans sa conception et ses méthodes de fonctionnement. Il n'a pas de jambes et jusqu'à présent, l'équipe TRI a travaillé sur le torse du robot et a développé des compétences de manipulation.
Concept de design : au service de la vie quotidienne humaine
Les robots industriels traditionnels sont principalement utilisés dans les opérations d'atelier, l'assemblage et d'autres tâches pour améliorer l'efficacité de la production et réduire l'intensité du travail. À l'avenir, les robots de service pourraient entrer dans davantage de foyers, répondant directement aux besoins quotidiens des gens ordinaires.
Les chercheurs du TRI ont déclaré que l'objectif de Punyo est de devenir un robot qui « aide les gens à accomplir leurs tâches quotidiennes à la maison et ailleurs ».
Ce concept de conception détermine que Punyo doit être flexible, souple et sûr. En effet, pour entrer dans l'environnement domestique complexe et changeant, il ne peut pas y avoir de bras mécanique dur et rigide comme un robot industriel traditionnel. Sinon, il donnera aux gens un sentiment de danger et rendra impossible l'exécution de diverses tâches quotidiennes liées à l'utilisation d'objets. Cela ressemble quelque peu à l'idée de conception du robot Pepper de SoftBank, qui se concentre sur la façon de rendre les robots plus intégrés à la vie humaine.
Les applications orientées services nécessitent également que Punyo apprenne diverses compétences quotidiennes, et pas seulement qu'il effectue une seule opération sur la chaîne de montage de l'usine. Cela nécessite de doter les robots de solides capacités d'apprentissage et de maîtriser les méthodes de fonctionnement de diverses tâches quotidiennes en observant et en imitant les démonstrations humaines.
Pour les robots humanoïdes, la manipulation avec l'ensemble du corps est délicate car l'équilibre est un défi. Cependant, les chercheurs du TRI ont conçu leur robot pour faire exactement cela.
« Punyo fait les choses différemment. En utilisant tout son corps, il peut porter bien plus qu'une simple pression avec une main tendue », a ajouté Andrew Beaulieu, l'un des responsables techniques de TRI pour la manipulation du corps entier. « La douceur, la sensibilité tactile et la capacité à établir de nombreux contacts facilitent une meilleure manipulation des objets. »
Corps mou et corps dur
Pour obtenir un robot souple et flexible, TRI a adopté une conception de bras mécanique qui combine le dur et le mou. Les mains, les bras et la poitrine de Punyo sont recouverts de matériaux souples et de capteurs tactiles qui détectent les contacts extérieurs, et les matériaux souples permettent au corps du robot de s'adapter aux objets qu'il manipule.
Il s’agit d’une idée de conception typique pour de nombreux robots souples actuels.
En même temps, sous la coque souple, Punyo conserve également deux bras mécaniques « durs » comme supports squelettiques, ainsi qu'un cadre de torse et un actionneur de taille pour fournir un soutien mécanique et un contrôle précis. Cette combinaison de conception dure et souple combine les avantages mécaniques des robots traditionnels avec les caractéristiques souples des robots souples.
Plus précisément, les coussins gonflables des bras de Punyo peuvent ajuster la pression interne pour devenir plus durs ou plus souples selon les besoins. Tout en assurant une certaine rigidité mécanique, il offre également environ 5 cm de souplesse. La « griffe » utilise également une conception d'airbag en latex à haute friction. La caméra dans la paume de la main peut détecter l'ampleur de la force externe en observant la déformation de la surface de l'airbag. L'ensemble du bras peut être plié et tourné, et les coussins gonflables sont reliés les uns aux autres, ce qui permet une transmission fluide de la force et empêche le robot de « casser le bras ».
Forte capacité d'apprentissage
Pour s'adapter aux tâches changeantes de l'environnement familial, Punyo doit avoir de fortes capacités d'apprentissage.
Selon l’équipe TRI, Punyo a appris une politique riche en contacts en utilisant deux méthodes : une stratégie de diffusion et un apprentissage par renforcement guidé par l’exemple. TRI a annoncé son approche de la politique de prolifération l’année dernière. Avec cette approche, les robots utilisent des démonstrations humaines pour apprendre des stratégies sensorimotrices robustes pour des tâches difficiles à modéliser.
L'apprentissage par renforcement guidé par l'exemple est une approche qui nécessite de modéliser une tâche dans une simulation et de guider l'exploration du robot à travers un petit ensemble de démonstrations. TRI affirme utiliser cet apprentissage pour mettre en œuvre des stratégies opérationnelles robustes pour les tâches qui peuvent être modélisées dans des simulations.
Lorsqu'un robot peut voir ces tâches en démonstration, il peut les apprendre plus efficacement. Cela donne également à l'équipe TRI plus de marge de manœuvre pour influencer le style de mouvement que le robot utilise pour accomplir ses tâches.
L’équipe a utilisé des priors de mouvement adverses (AMP), traditionnellement utilisés pour styliser des personnages animés par ordinateur, pour incorporer le mimétisme du mouvement humain dans leur pipeline de renforcement.
L'apprentissage par renforcement nécessite que les équipes modélisent des tâches dans des simulations pour la formation. Pour ce faire, TRI utilise un planificateur basé sur un modèle pour les démonstrations plutôt que pour les opérations à distance. Il appelle ce processus « apprentissage par renforcement guidé par un plan ».
TRI affirme que l'utilisation du planificateur peut rendre possibles des missions longue distance difficiles à réaliser à distance. L'équipe peut également générer automatiquement un nombre illimité de démos, réduisant ainsi la dépendance de son pipeline à l'intervention humaine, ce qui permet à TRI d'augmenter le nombre de tâches que Punyo peut gérer.
Bien que le robot de service logiciel Punyo en soit encore à ses balbutiements et que ses performances dans tous les aspects doivent être améliorées, ses perspectives d'application sont vastes et le concept de conception et l'itinéraire technique de Punyo fournissent également de nouvelles idées pour l'industrie.