The Silent Assassin (Tekken)

Robots & Cyborgs

La Robotique

      Le terme robotique a été introduit (dans la littérature) par Isaac Asimov dans le livre Runaround (1942). Il y énonce les « trois règles de la robotique » qui deviendront par la suite « les trois lois de la robotique ».

      Ce terme dérivé du mot robota, corvée seigneuriale, travail de serf dans les langues slaves (ex. : robotnik, le travailleur, en Tchèque) a été introduit par l'écrivain tchèque Karel Čapek dans la pièce de théâtre R.U.R. (Rossum's Universal Robots) en 1920. Cette pièce fut jouée pour la première fois en 1921. Bien que Karel Čapek soit souvent considéré comme l'inventeur du mot, il a lui-même désigné son frère Josef, peintre et écrivain, comme l'inventeur réel.

      Certains assurent que le mot robot a été d'abord utilisé dans la courte pièce Opilec de Josef Čapek (The Drunkard), publiée dans la collection Lelio en 1917. Selon la Société des Frères de Čapek à Prague, ce serait inexact. Le mot employé dans Opilec est automate, alors que robot est apparu pour la première fois dans R.U.R.

      Alors que les robots de Čapek étaient des humains organiques artificiels, le mot robot a été pris pour désigner des humains mécaniques. Le terme androïde peut signifier l'un ou l'autre, alors que cyborg (organisme cybernétique ou homme bionique) serait une créature faite de parties organiques et artificielles.

L' Histoire :

Antiquité :

      L'idée de personnes artificielles remonte vraisemblablement à la légende antique de Cadmos, qui, semant des dents de dragon, créa des soldats. Le mythe de Pygmalion, quant à lui, raconte comment la statue Galatée devint vivante. Dans la mythologie classique, le dieu des forges (Vulcain ou Héphaïstos) créa des serviteurs mécaniques, certains intelligents, d'autres en jeunes esclaves dorés, d'autres encore en forme de tables tripodes utilitaires mues par leur propre énergie. On peut citer aussi la légende hébraïque du Golem, un colosse d'argile animé par une magie kabbalistique ; selon une autre lecture, le Golem serait composé de pierre ou de sable, ce qui évoquerait le silicium des microprocesseurs.

Renaissance : 

      Le premier schéma d'un robot humanoïde fut l'œuvre de Léonard de Vinci aux alentours de 1495. Les carnets de Vinci, redécouverts dans les années 1950, contenaient des dessins détaillés d'un chevalier mécanique qui était apparemment capable de se lever, balancer ses bras, et bouger sa tête et sa mâchoire. Le plan était probablement basé sur ses recherches anatomiques compilées dans l'homme vitruvien. On ne sait pas s'il a tenté de construire ce robot.

XVIIIème et XIXème siècle

      Le premier robot opérationnel connu fut construit par Jacques de Vaucanson en 1738, qui créa un androïde flûtiste, ainsi qu'un canard mécanique capable de manger et déféquer. La nouvelle L'homme au sable d'Ernest Théodore Amadeus Hoffmann (1817) décrit une femme mécanique à l'allure de poupée, et Steam Man of the Prairies d'Edward S. Ellis (1865) exprime la fascination américaine de l'industrialisation. La vague littéraire sur les automates humanoïdes culmina avec l'Homme électrique de Luis Senarens en 1885.

XIXème siècle

      Lorsque la technologie arriva au point où l'on put prédire des créatures mécaniques (non ludiques), les réponses littéraires au concept de robot suscitèrent la crainte que les humains soient remplacés par leurs propres créations. Frankenstein (1818), parfois désignée comme le premier roman de science-fiction, est devenu un synonyme de ce thème. Lorsque la pièce de Čapek R.U.R. introduisit le concept d'une chaîne de montage pilotée par des robots qui tentent de construire toujours plus de robots, le thème prit une consonance économique et philosophique, renforcée par le film classique Metropolis (1927), et les populaires Star Wars (1977), Blade Runner (1982) et Terminator (1984).

XXIème siècle

      Bien que les clones ne soient pas des robots à proprement parler, le thème de l'opposition entre la créature et son créateur, à l'instar de Frankenstein, se retrouve dans un film comme The Island.

Les Applications : 

Définitions : 

      On nomme robot tout dispositif mécanique accomplissant automatiquement des tâches généralement considérées dangereuses ou pénibles pour un humain.

      Le terme robot correspond à un type bien précis de système. Ainsi, si certaines caractéristiques ne sont pas présentes, une machine, même très complexe, ne peut être qualifiée de robot.

      La définition la plus précise du robot pourrait être : « système automatique mécanisé capable d'effectuer une ou plusieurs tâches dans un environnement donné, de manière autonome et par l'exécution d'un programme ». Selon cette définition, une machine aussi complexe qu'un avion long-courrier Airbus, par exemple, n'est pas un robot, alors qu'un banal grille-pain peut, lui, être considéré comme la forme la plus simple de robot. En effet, un avion de ligne, bien qu'embarquant de nombreux appareils automatiques et constituant un très complexe ensemble de systèmes associés, reste sous le contrôle des pilotes qui demeurent en haut de la pyramide hiérarchique des systèmes. Du décollage à l'atterrissage, l'appareil est gouverné et n'exécute pas un programme lui permettant d'accomplir sa tâche. En revanche, le grille-pain va effectuer, une fois démarré, une tâche certes unique et très simple, mais de façon entièrement autonome et sans aucune intervention extérieure, exécutant un programme, une suite d'instructions : le thermostat, qui coupe le circuit dés qu'une certaine température est atteinte, et que l'on règle en vue d'une durée plus ou moins longue de cuisson, peut être considéré comme unité d'entrée, tandis que ce réglage lui-même peut être considérée comme la saisie du programme à exécuter.

      Ainsi le robot, machine programmable, ne peut être séparé de l'ordinateur, et à cet égard doit être défini comme une unité de sortie, un périphérique. Le schéma et l'architecture classique des machines à traitement automatique de données reste donc valable, même dans le cas d'un futur robot quasi autonome, conforme aux prévisions de la science-fiction. La seule différence entre un ordinateur de bureau et un robot est que l'unité de calcul (processeur), les unités de stockage (mémoire vive et mémoire permanente), les unités d'entrée (caméras...) sont soit embarquées dans le système, soit le commandent à distance. Mais le robot lui-même, en tant que dispositif mécanique commandé par l'unité centrale, reste un périphérique de sortie. Quelque soit la complexité du logiciel lui permettant de réagir à son environnement, le robot est piloté, exactement comme une imprimante qui exécute une suite de tâche programmées. Selon cette définition, on peut considérer, même si cette distinction est quelque peu académique, que les robots SWORD testés en Irak, ainsi que les laboratoires automatiques opérant sur Mars ne sont pas de véritables robots, puisqu'ils ne s'agit que de systèmes téléguidés par un opérateur humain. En revanche, des systèmes automatisés comme des satellites, certains drones, ou des missiles auto-pilotés, constituent bien des robots.

      Le terme cyborg a été popularisé par Manfred E. Clynes et Nathan S. Kline en 1960 qui se référaient au concept d'un humain amélioré qui pourrait survivre dans des environnements extra-terrestres. Ce concept est le résultat d'une réflexion sur la nécessité d'une relation intime entre l'humain et la machine, à l'heure des débuts de l'exploration spatiale. Le cyborg est la fusion de l'être organique et de la machine, il serait, selon certains, d'ores et déjà une réalité. Une personne ayant un stimulateur cardiaque ou une hanche artificielle, par exemple, peut déjà correspondre à cette définition.

Applications robotiques :

      L'évolution de l'électronique et de l'informatique permet des traitements de plus en plus complexes. La définition de ce qui est comptabilisé ou non comme robot varie selon les pays considérés. Au Japon, par exemple, cette catégorie inclut à la différence de la France nombre de machines-outils programmables.

      En dépit de leur coût élevé à l'époque (faute de microprocesseurs puissants produits en masse), les robots se sont imposés très vite, dès le début des années 70, pour certaines tâches comme la peinture des carrosseries automobiles, en atmosphère de vapeurs toxiques.

Robots autonomes :

      On cherche désormais à réaliser des systèmes capables de réagir seuls à l'environnement, c'est-à-dire à un certain imprévu. Et c'est ce plus ou moins grand degré d'autonomie (d'autres aiment mieux dire intelligence artificielle) qui rapproche les robots des systèmes complètement autonomes envisagés par la science-fiction et la recherche de pointe.

      Une certaine capacité d'adaptation à un environnement inconnu peut, dans les systèmes semi-autonomes actuels, être assurée pourvu que l'inconnu reste relativement prévisible, l'exemple déjà opérationnel de l'aspirateur-robot (par exemple l'Iclebo ou le Trilobite d'Electrolux) en est une parfaite illustration, le logiciel qui pilote cet appareil est en mesure de réagir aux obstacles qui peuvent se rencontrer dans une habitation, de les contourner et de les mémoriser. Il sauvegarde le plan de l'appartement et peut le modifier en cas de besoin. Il retourne en fin de programme se connecter à son chargeur. Il doit donc fournir une réponse correcte au plus grand nombre possible de stimulations, qui sont autant de données entrées, non par un opérateur, mais par l'environnement. C'est un robot dans le plus pur sens du terme.

      L'autonomie suppose que le programme d'instructions prévoit la survenue de certains évènements, puis la ou les réactions appropriées à ceux-ci. Lorsque l'aspirateur évite un buffet parce qu'il sait que le buffet est là, il exécute un programme intégrant ce buffet, par exemple les coordonnées X-Y de son emplacement. Si, ce buffet est déplacé, il est capable de modifier son plan en conséquence et de traiter une zone du sol qu'il ne prenait pas en compte jusqu'alors, un degré supérieur d'autonomie est atteint par ce robot.

      La plupart des robots autonomes étant mobiles, il convient de leur fournir un apport énergétique.

Compétitions :

      RoboCup est une compétition internationale dont le but est de développer une équipe de football composée de robots humanoïdes totalement autonomes. L'objectif est de gagner contre les champions du monde d'ici 2050. Il existe plusieurs catégories, qui vont de la simulation aux robots humanoïdes en vraie grandeur. RoboCup est considérée comme la coupe du monde de robotique.

      Au Japon, où la robotique est très populaire, le tournoi de robots-sumos est une des compétitions les plus célèbres. La règle est simple : il faut sortir son adversaire de l'aire de jeu.

      Aux États-Unis, les Battlebots sont des combats violents de robots armés, placés dans une arène truffée de pièges. Ces robots doivent obéir à des règles précises (site officiel ici). Des compétitions similaires existent en Angleterre sous le nom de Robot Wars. Ces combats très populaires passent aussi dans des émissions de télévision.

      La popularité des émissions de télévision telles que Robot Wars et Battlebots, des compétitions de robots-sumos, le succès des « bombes intelligentes » et des drones dans les conflits contemporains suggèrent que la crainte de voir des formes de vie artificielles devenir violentes n'est plus une illusion.

      L'agence de recherches avancées du département américain de la Défense (DARPA) finance des projets technologiques tels que le Darpa Grand Challenge, une course dans le désert du Nevada qui a lieu tous les ans. En octobre 2005, c'est l'engin conçu par l'université Stanford, baptisé Stanley, qui a remporté la récompense de 2 millions de dollars. Stanley est un véhicule automatique, conduit par 7 ordinateurs en réseaux et qui se guide par un radar et des rayons laser.

      En France, la compétition la plus célèbre est certainement la coupe E=M6. Il s'agit là de son nom le plus connu, car celle-ci a changé de nom pour Coupe de France de robotique en 1998. En effet, toujours en 1998, elle a donné naissance à Eurobot, compétition européenne de robotique, ouverte à tous les pays du monde mais se déroulant en Europe. Celle-ci accueille désormais plus de 25 pays, les équipes étant qualifiées lors de rencontres nationales, organisées avec le soutien de l'association internationale Eurobot.

Le Marché de la Robotique : 

      Le nombre de robots en activité est en pleine explosion depuis une quinzaine d'années, sous les effets combinés des progrès techniques et de la baisse des coûts (divisés par quatre pour les robots industriels entre 1990 et 2003).

      Ils se répartissaient fin 2003 :

• 29 % de robots domestiques (dont 94 % d'aspirateurs automatiques (570 000 au total dont l'Iclebo et le Roomba) et 37 000 tondeuses automatiques) ;
• 38 % de robots industriels (soit 800 000 au total, dont 50 % présents au Japon, 31 % en Europe et 14 % en Amérique du Nord).
• 33 % de robots de loisirs (692 000, dont une majorité d'Aibo de Sony).

      Le nombre de robots militaires n'est pas déterminé, même si on exclut les missiles et autres satellites. Pour l'instant, les systèmes d'arme restent sous contrôle total d'un opérateur humain, même sur des systèmes par ailleurs robotisés. Les drones sont maintenant assez répandus (car le ciel est un endroit où il est assez facile de se mouvoir sans avoir à gérer des obstacles), et des robots terrestres sont en expérimentation dans les arsenaux de nombreux pays. Le plus médiatique est l'engin SWORDS testé par les Etats-Unis en Irak

      La croissance du nombre de robots dans notre environnement restera forte d'ici à 2007. Les robots industriels (dont on recense plus de 20 000 applications, de la chaîne de montage automobile à la trayeuse automatique) devraient être un million cette année-là (soit 25 % de hausse). Quant aux robots domestiques, ils devraient être presque sept fois plus nombreux en 2005, avec quelques utilisations nouvelles (lavage de vitres, de piscines).

Les Développements :

      La microrobotique est un champ d'étude en plein essor. La compréhension des phénomènes physiques dans la manipulation à l'échelle du micromètre et la miniaturisation des mécanismes sont d'un intérêt crucial pour la micro-ingénierie. Les recherches concernent aussi bien les capteurs, que les actionneurs et les préhenseurs. De nombreux roboticiens se concentrent aujourd'hui sur la locomotion humaine et animale. C'est une problématique difficile, en partie à cause de la puissance de calcul nécessaire. L'étude des robots à pattes a été menée depuis plusieurs décennies, surtout sur les robots hexapodes, quadripèdes, etc. La tendance était alors de copier la flexibilité, la robustesse et l'adaptabilité des insectes. Ce type de robot est statiquement stable, et donc plus facile à contrôler.

      Aujourd'hui on assiste à une intensification de la recherche sur la locomotion bipède, qui est par nature dynamiquement stable, donc plus difficile à maîtriser. Mais les avantages sont considérables : progression dans la connaissance de la bipédie, meilleur franchissement d'obstacle et adaptation à l'environnement humain. Ainsi de nombreuses universités et entreprises, surtout japonaises, se sont lancées dans la construction de robots humanoïdes.

      La robotique médicale est également très active. De nouveaux robots sont développés pour la chirurgie mini-invasive et la téléchirurgie. De nouvelles techniques sont exploitées, comme les actionneurs AMS (alliages à mémoire de forme), la microrobotique et les interfaces haptiques. Des algorithmes d'analyse d'images sont développés dans la même voie.

      La recherche s'est aussi orientée vers la navigation, la localisation et la planification de trajectoire. L'exploration sous-marine et spatiale sont des domaines où la robotique est d'une grande utilité.

      Les développements futurs concernent aussi la vision robotique, notamment dans le but de concevoir des véhicules « intelligents », ou des robots de surveillance et d'exploration.

      Alors que des pilotes automatiques sont installés depuis longtemps dans les avions de ligne, la recherche ayant pour but de concevoir des véhicules terrestres grand public robotisés se heurte a de nombreux obstacles. Si la localisation ne pose guère de problemes grâce au GPS, les techniques de reconnaissance d'objets à partir d'images ne permettent pas encore de reconnaître parfaitement les divers panneaux de signalisation routière, ni de distinguer les objets présents sur la chaussée ou le trottoir. De fait, un robot aurait toutes les difficultés à faire face à un imprévu.

      Enfin, une voie de développement importante concerne l'apprentissage des robots. Les robots actuels ne savent généralement pas s'adapter à une nouvelle situation car on ne leur a pas donné la possibilité d'apprendre et d'améliorer leurs comportements. Pourtant, des techniques d'apprentissage existent. Un peu comme le ferait un enfant, un robot pourrait donc apprendre de nouveaux comportements et s'adapter à des configurations non prévues au départ. Cet axe de recherche est actuellement en plein essor.

Les Robots dans la fiction :

      La littérature de science-fiction autour du thème des robots est foisonnante notamment par :

• I' Robot d'Isaac Asimov
• Cycle de Fondation d'Isaac Asimov

      Au cinéma :

• Metropolis de Fritz Lang
• Robby, le robot de Planète interdite
• Numéro 5, le robot de Short Circuit 1 & 2 (Appelez-moi Johnny 5)
• Terminator
• Matrix
• La Guerre des étoiles, avec en particulier R2D2 et C3PO
• Robocop
• A.I. Intelligence artificielle
• Blade Runner
• Alien
• L'Homme bicentenaire
• I' Robot

La Biomécatronique

      La biomécatronique est une science appliquée interdisciplinaire associant les recherches fondamentales en biomécanique aux techniques médicales et robotiques, et ayant pour objectif d'intégrer des éléments mécaniques dans le corps humain. On peut résumer la biomécatronique comme étant la science des cyborgs dans la vraie vie.

Les Applications : 

      Cette intégration (qui nécessitera souvent des techniques de chirurgie implantatoire) s'opère autant dans le but :

• De corriger ou de réparer un organe défaillant ou peu efficace, technique orthotique souvent associée à la chirurgie réparatrice, et utilisant des prothèses implantées ou externes pouvant être :
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• • Soit mécaniques et couramment employées en chirurgie orthopédique : (réparation des fractures, atèles d'allongement de membres...), chirurgie esthétique (prothèses de sein, prothèses péniennes), orthodontie (prothèses dentaires) voire aussi en orthoptie (lentilles permanentes, technique délaissée au profit d'autres techniques ophtalmologiques chirurgicales),
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  • Soit électromécaniques :  tels en cardiologie les classiques pacemakers artificiels ou en orthootie les prothèses auditives modernes ;
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• De remplacer complètement un organe totalement inopérant, technique prosthétique qui peut se substituer temporairement ou à long terme à la greffe d'un véritable organe, utilisant des prothèses implantées, pouvant être :
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• • Soit mécaniques et passives : telles les prothèses de hanche ou de membres en orthopédie, ou en cardiologie les aortes artificielles et autres gros vaisseaux sanguins artificiels,
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  • Soit électromécaniques et actives : tels les cœurs artificiels, les reins artificiels implantés, et les injecteurs programmables de médicaments ou produits organiques (par exemple comme technique de traitement du diabète insulino-dépendant) ;
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• Pour améliorer les capacités physiques (usages surtout militaires pour le moment, normalement par des techniques orthotiques à l'aide de prothèses implantées ou externes).

      On notera toutefois que les techniques de prothèses sont souvent paliatives à la greffe d'organes réels, notamment les techniques prosthétiques qui utilisent des prothèses électromécaniques, car elles sont nettement plus fragiles que les prothèses purement mécaniques, plus complexes à concevoir et très coûteuses, et nettement moins efficaces que les organes qu'ils remplacent (contrairement aux prothèses purement mécaniques dont l'efficacité et la robustesse est démontrée et qui sont largement utilisées depuis très longtemps en chirurgie réparatrice) ; de plus, ces prothèses posent de sérieux problèmes liés à la fourniture de l'énergie d'alimentation que le corps ne fournit pas naturellement.

      En revanche, de sérieuses avancées aujourd'hui conduisent au développement de prothèses externes ne nécessitant pas d'implantation chirurgicale et facilement réparable ou remplaçable, techniques normalement associées à la rééducation fonctionnelle

      Par exemple :

• Les exosquelettes artificiels : (par exemple pour le traitement et l'assistance à la marche des patients atteint de la maladie des os fragiles), plus perfectionnés et fonctionnels que les anciennes atèles (qui en fait empêchaient davantage les mouvements) ;
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• Les muscles artificiels : (pour l'assistance des malades atteints de myopathies fonctionnelles, ou de patients dont certains muscles indispensables au mouvement ont été amputés et pas complètement remplacés par des autogreffes de muscles provenant d'autres parties du corps) ;
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• Les robots commandés par les muscles : (surtout en orthopédie, après amputation partielle voire totale d'un membre).