L’essor de la robotique au cours des dernières années a trouvé de nombreuses applications pratiques dans la vie quotidienne. Si des robots individuels effectuent correctement certaines tâches, des essaims de robots se montrent généralement encore plus efficaces. Toutefois, parvenir à une communication et une coordination optimales entre tous les robots est d’une grande difficulté. Pour tenter de remédier à cette situation, une équipe du laboratoire d’informatique et d’intelligence artificielle (CSAIL) du MIT a mis au point un concept étonnamment simple : des cubes robotiques auto-assemblés pouvant se superposer, sauter dans les airs et rouler sur le sol.
Six ans après la première itération du projet, les robots peuvent désormais communiquer les uns avec les autres en utilisant un système de type code-barres sur chaque face du bloc, permettant aux modules de s’identifier. La flotte autonome de 16 blocs peut maintenant accomplir des tâches ou des comportements simples, comme former une ligne ou un mur, suivre des flèches ou une source lumineuse.
À l’intérieur de chaque « M-Block » modulaire se trouve un volant d’inertie qui tourne à 20’000 tours par minute, utilisant le moment cinétique lorsque le volant est freiné. Sur chaque bord et chaque face se trouvent des aimants permanents permettant à deux cubes de s’attacher l’un à l’autre.
Essaims de robots modulaires interconnectés : de nombreuses applications potentielles
L’équipe envisage des applications puissantes en matière d’inspection, et éventuellement d’intervention en cas de catastrophe. Imaginez un bâtiment en flammes où un escalier a disparu. À l’avenir, vous pourrez simplement jeter des M-Blocks au sol et les regarder construire un escalier temporaire pour grimper sur le toit ou descendre au sous-sol pour secourir les victimes.
« ‘M’ signifie mouvement, magnétisme, et aussi magie » déclare Daniela Rus, professeure au MIT et directrice du CSAIL. « Mouvement, parce que les cubes peuvent bouger en sautant. Magnétisme, car ils peuvent se connecter à d’autres à l’aide d’aimants et, une fois connectés, ils peuvent se déplacer et se connecter pour former des structures. Magique, car nous ne voyons aucune pièce en mouvement et le cube semble être entraîné par magie ».
Alors que le mécanisme est assez complexe à l’intérieur, l’extérieur est au contraire bien plus simple, ce qui permet des connexions plus robustes. Au-delà de l’inspection et du sauvetage, les chercheurs imaginent également utiliser les blocs pour des tâches telles que les jeux, la fabrication et les soins.
« Ce qui est unique dans notre approche, c’est qu’elle est peu coûteuse, robuste et potentiellement plus facile à adapter des millions de modules » explique John Romanishin. « Les M-Blocks peuvent se déplacer de manière générale. D’autres systèmes robotiques ont des mécanismes de mouvement beaucoup plus compliqués, qui nécessitent de nombreuses étapes, mais notre système est plus évolutif ».
Un déplacement par mouvement inertiel
Les systèmes robotiques modulaires antérieurs abordent généralement les mouvements à l’aide de modules comportant de petits bras robotisés appelés actionneurs externes. Ces systèmes nécessitent beaucoup de coordination, même pour les mouvements les plus simples, avec plusieurs commandes pour un saut.
En 2013, l’équipe a mis au point son mécanisme pour M-Blocks. Ils ont créé des cubes qui se déplacent en utilisant ce que l’on appelle des « forces d’inertie ». Cela signifie que, au lieu d’utiliser des bras mobiles, les blocs ont une masse à l’intérieur qu’ils « jettent » contre le côté du module, ce qui provoque la rotation et le déplacement du bloc.
Chaque module peut se déplacer dans quatre directions cardinales lorsqu’il est placé sur l’une des six faces, ce qui donne 24 directions de mouvement différentes. Sans petits bras et appendices qui dépassent des blocs, il leur est beaucoup plus facile de rester à l’abri des dommages et d’éviter les collisions.
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Une coordination optimisée via une communication par code-barres
Du côté de la communication, d’autres tentatives ont impliqué l’utilisation de la lumière infrarouge ou d’ondes radio, ce qui peut rapidement devenir maladroit : si beaucoup de robots dans une petite zone essaient tous de s’envoyer des signaux, cela entraîne vite une confusion. Lorsqu’un système utilise des signaux radio pour communiquer, ceux-ci peuvent interférer les uns avec les autres lorsqu’il existe plusieurs signaux radio dans un faible volume.
Romanishin a mis au point des algorithmes conçus pour aider les robots à accomplir des tâches simples, ou « comportements », ce qui les a amenés à l’idée d’un système de type code-barres, où les robots peuvent détecter l’identité des autres blocs auxquels ils sont connectés.
Dans une expérience, l’équipe avait ordonné aux modules de former une ligne à partir d’une structure aléatoire, et avait vérifié si ces derniers pouvaient déterminer la manière spécifique dont ils étaient connectés les uns aux autres. Autrement, ils devraient choisir une direction et « rouler » jusqu’à ce qu’ils finissent au bout de la ligne.
Essentiellement, les blocs utilisaient la configuration de connexion (la manière dont ils étaient connectés les uns aux autres) afin de guider le mouvement choisi — et 90% des M-Blocks ont réussi à former une ligne.
Cette vidéo du MIT présente les robots modulaires récemment mis au point :