II.2 : usage militaire

Certains modèles d’exosquelette ne sont pas simplement destinés à compenser des faiblesses, mais ont pour but d’augmenter les capacités humaines au-delà de ce qu’elles pourraient faire normalement. Ces modèles sont actuellement développés dans le cadre militaire [1].

En fiction, on trouve ainsi très aisément des exemples de combattants équipés de scaphandres motorisés améliorant leur force, leur mobilité et leur perception. Ce système est ébauché dans le roman « Patrouille galactique » de Edward Elmer Smith paru en 1937.

En 1959, R. A. Heinlein, un autre précurseur dans ce domaine, détaille très bien les fonctionnalités implémentées dans le scaphandre étanche de ses soldats de l’infanterie mobile : « La force contrôlée, contrôlée sans que vous ayez à y penser. Vous sautez… et vous sautez bien plus haut que vous ne l’avez jamais fait dans votre seule peau, avec vos seuls muscles » ; « Le micro est sur votre larynx, les écouteurs dans vos oreilles […] De part et d’autre de votre casque, deux micros vous donnent une écoute environnante aussi bonne qui si vous étiez tête nue » ; « Tout le visuel est projeté sur un miroir devant votre front […] vous avez le visuel-radar plus vite que vous ne passez d’une publicité à l’autre à la télé. […] Si vous secouez la tête comme un cheval harcelé par une mouche, vos lunettes infra-rouge se mettent en batterie. » Ils recouvrent totalement le soldat et permettent aussi de le protéger de son environnement s’il est hostile. Il s’agit de scaphandres intégraux qui s’emploient dans l’espace et ont essentiellement pour but d’augmenter la mobilité, d’aider les militaires à porter les équipements, et à mieux percevoir leur environnement comme le précise encore Juan Rico : « A supposer que vous encombriez un bidasse de tout un tas de quincaillerie qu’il doit surveiller et consulter sans cesse, n’importe quel ennemi équipé plus légèrement – avec une hache de pierre par exemple – pourra lui fracasser le crâne pendant qu’il consulte ses verniers. ». De plus, pour certains modèles (Armored Personnel Unit) dans les épisodes 2 et 3 du film « Matrix » [2] des frères Wachowski ou les exosquelettes employés par les Grendels dans « L’Empire des Etoiles » de Alexis Aubenque, ils offrent une supériorité par leur taille, leur mobilité et la force qu’ils peuvent déployer : « D’un saut fulgurant, un des Grendels s’envola à plus de six mètres dans les airs pour retomber en plein centre d’une troupe de soldats. […] Usant de ses bras mécaniques, le soldat d’Arkan désarticula une dizaine de soldats en un clin d’œil. De ses immenses jambes, il balaya le sol autour de lui, tuant encore […]. Même en levant leurs épées en l’air ils ne pouvaient atteindre l’homme qui se trouvait encastré dans le monstre de métal. ».

Bien sûr, ce n’est que fiction, les équipements décrits ici sont bien plus optimisés que ce que ne permettent les techniques actuelles. Dans les faits, les exosquelettes motorisés développés pour les militaires ne sont pas des dispositifs étanches, mais consistent, comme dans le domaine civil, en l’ajout d’une structure mécanique complexe sur le corps humain. De plus, leur but est surtout de permettre de faire des efforts sans fatiguer le soldat. L’exosquelette motorisé XOS [3] est ainsi développé par le DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) avec la société Sarcos dans le cadre d’un programme intitulé Exoskeletons for Human Performance Augmentation (exosquelettes pour l'augmentation des performances humaines). Le premier prototype motorisé autonome sorti en 2006 pèse environ 70 kg. En 2008 [4], la recherche en cours sur XOS est vantée dans les médias suite à la sortie au cinéma de l’adaptation par Jon Favreau du comics de Stan Lee, « Iron Man ». Le prototype décrit permet de soulever de lourdes charges et possèderait une mobilité suffisante pour taper dans un ballon et monter des escaliers. De même, le HULC (Human Universal Load Carrier) [5] de Berkley Bionics permettrait de porter une charge de 90 kg sans fournir d’effort important. Ces modèles se rapprochent de la Super Armure du jeu vidéo « Fallout » qui met un soldat à l’abri dans une armure métallique tout en lui permettant de porter plus de poids, mais ce dispositif ne possède pas la complexité, ni les éléments de communication et de saut du scaphandre de Heinlein.

Grâce à ces systèmes encore peu diffusés sur le marché, l’humain est donc amélioré par une structure externe qui peut s’installer sans chirurgie et s’enlever aisément. Mais la fiction et la science emploient également des prothèses et des implants installés chirurgicalement pour soigner ou améliorer les humains.

[1] http://www.checkpoint-online.ch/CheckPoint/Materiel/Mat0030-CombattantCyborg.html

[2] http://whatisthematrix.warnerbros.com/apu/rv_cmp/apu_article_index.html

[3] http://www.popsci.com/scitech/article/2008-04/building-real-iron-man

[4] http://www.raytheon.com/newsroom/technology/rtn08_exoskeleton/

[5] http://www.berkeleybionics.com/Unrestricted/HULC.html

Cyborgs

I - Introduction :

Quand l’homme devient robot

Dans notre société, les robots sont déjà très présents dans l’industrie et sont amenés à prendre une place de plus en plus importante dans notre quotidien. Mais l’intelligence artificielle du robot n’en est pas encore à un stade qui lui permette de prendre des décisions complexes. Les neurones issus du vivant ou l’intelligence humaine restent nécessaires pour superviser les machines.

Cette idée est développée en fiction avec les Mécha que l'on peut voir dans de nombreux animes et mangas comme « Neon Genesis Evangelion » de Yoshiyuki Sadamoto ou « Mobile Suit Gundam » de Yoshiyuki Tomino et Hajime Yadate. Dans « Neon Genesis Evangelion », les Eva sont des « robots » de chair qui possèdent un cœur (le Koa), une circulation sanguine, un système nerveux, ainsi que des parties mécaniques et électroniques alimentées en énergie par un cordon ombilical. Il leur manque cependant la capacité de décision et ont par conséquent besoin d’un pilote humain placé en eux dans un « plug » pour les mouvoir par la pensée. La synchronisation nerveuse entre le pilote et l’Eva est effectuée grâce à un lien nerveux appelé A10 situé dans le cerveau du pilote. Quand l’Eva perd un membre, le pilote croit l’avoir perdu lui aussi tellement la connexion nerveuse est intime. Bien avant cela, H.G. Wells dans « La Guerre des Mondes » en 1898 avait mis en scène les tripodes et machines à main des Marsiens selon le même principe : « L’intelligence vivante, le Marsien qui habitait la tête avait été tué et lancé aux quatre vents du ciel, et l’appareil n’était plus maintenant qu’un simple assemblage de mécanismes compliqués tournoyant vers sa destruction. »

Mais les Méchas restent de grandes créatures de Frankenstein appartenant au domaine de la fiction. Pour effectuer certaines tâches nécessitant soit une réflexion poussée que les robots n’ont pas, soit des capacités physiques que les hommes ne possèdent pas nécessairement, une autre stratégie est envisagée : améliorer l’homme.
Plusieurs moyens peuvent être employés pour augmenter les capacités soit physiques, soit intellectuelles des hommes et ils sont exploités aussi bien par la science qu’en fiction. Ainsi, dans les deux univers, on rencontre des exosquelettes, des prothèses et des implants.
Un exosquelette est un dispositif totalement externe, installé sur le corps, qui permet de démultiplier les capacités physiques de celui qui le porte en accompagnant les mouvements des muscles et éventuellement aussi de le protéger de son environnement. Ce système est autonome et emploie une source d'énergie embarquée.
Les prothèses sont, par contre, des éléments mécaniques qui viennent s’installer sur et dans le corps, tandis que les implants sont en général des éléments électroniques de plus petite dimension.

Dans notre réalité, les exosquelettes motorisés sont au stade du développement tandis que les prothèses et implants sont d’usage courant et deviennent de plus en plus sophistiqués. Tous trouvent des applications dans le domaine militaire, pour aider des personnes handicapées, des travailleurs ou des personnes âgées.
En fiction, les exosquelettes sont très souvent des combinaisons de combat facilitant le déplacement des personnages et les aidant à porter leurs armes, comme dans « Etoiles, Garde à Vous ! » (Starship Troopers) de Robert A. Heinlein (1959).
Les prothèses et implants sont légion dans les univers cyber-punks tels que ceux développés dans le roman « Le Neuromancien » de William Gibson, ou des jeux vidéos ou de rôle tels « Shadowrun ». La fiction va même bien au-delà avec des personnages complètement modifiés qui deviennent alors des cyborgs. Ainsi dans « Appel Seed », le manga de Masamune Shirow, Briareos est complètement cyber.
La fiction la plus récente suit les évolutions des connaissances en matière de miniaturisation et met en œuvre également les nanotechnologies. Ainsi, par exemple une « nano-suit » est employée dans le jeu vidéo « Crysis » [1] . Cette combinaison possède diverses fonctionnalités, comme un mode « armure » qui crée une carapace résistante aux coups autour du corps, ou un mode caméléon qui rend invisible. Mais surtout, elle fonctionne par l’injection de nano-machines [2] dans le corps de celui qui l’a revêtue lorsque qu’il utilise les modes « vitesse » (augmentation de la vitesse de déplacement) et « force » (pour booster les muscles du porteur).

Dans la nano-suit, il n’y a donc pas réellement d’élément mécanique externe en mouvement mais comme un exosquelette, une prothèse ou un implant, la combinaison utilise une technologie non-organique qui supplante le fonctionnement normal du porteur. Dans tous ces cas de figure, les hommes se parent d’éléments mécaniques ou électroniques qui les font ressembler à des robots.

Robots

IV - Robots et émotions :

Quand les robots ont mal

IV.2 : douleur

Les robots ont besoin comme les humains de ressentir des émotions. Cela leur permet aussi de mieux vivre en société en adaptant leur comportement en fonction des situations. Par exemple, non seulement la peur mais aussi la douleur sont des émotions particulièrement importantes pour éviter de refaire sans cesse les mêmes erreurs.

La souffrance et la douleur chez les robots, dans la fiction ou dans la réalité, si elles s'expriment sont programmées. En effet, un robot peut souffrir : il suffit de créer cet accès à la douleur en mettant les bons capteurs au bon endroit. C'est d’ailleurs très nécessaire à sa protection afin d’adapter son comportement si sa peau est percée ou si l’un de ses moteurs se casse. Un robot sans souffrance a un apprentissage limité des dangers de la vie… tout comme une personne dont les connexions nerveuses défaillantes ne lui donnent pas de sensation de douleur. Elles ont de nombreux problèmes de santé : fractures, brûlures, coupures, hématomes...

En pratique, dans notre monde, certains êtres mécaniques sont conçus pour exprimer la douleur pour entraîner les étudiants en médecine, tel le mannequin électronique simulant un accouchement appelé NOELLE [1] [2] qui simule les contractions et exprime la douleur d'une femme ou encore le robot composé d'un visage humain qui va grimacer sous la roulette du dentiste [3]. En science-fiction, on trouve le cas de R2D2 dans « Star Wars » qui couine quand il se prend des décharges électriques.

Dans « Blade Runner » de P.K. Dick (ou le film de Riddley Scott qui en est tiré), après une révolte sanglante de réplicants dans une colonie martienne ceux-ci sont bannis de la Terre. Ceux qui tentent de revenir sur Terre en situation irrégulière sont détruits (subissent un « retrait ») un à un par des chausseurs de robot (comme Blade Runner). Or, même s’ils ont été programmés pour arriver à simuler ce qu'aurait ressenti un être humain (bien qu'ils ne ressentent pas de « vraies émotions »), comme ils n'ont pas d'enfance et sont créés directement en tant qu'adultes, leur manque d'expérience peut trahir leur nature robotique. Cependant, il existe un modèle très perfectionné, le « Nexus 6 ». Certains spécimens ont développé de « vraies émotions », et d'autres peuvent être dotés de souvenirs. Le Blade Runner doit donc se fier aux maigres différences entre les replicants et les humains, et emploie pour cela le test de Voight-Kampff qui permet de déceler l'empathie. En effet, les replicants n'ont aucune empathie et ne réagissent pas quand ils se font prendre. Ils n'aideront pas l'un des leurs qui serait capturé. Et ils ne souffrent pas si, par exemple, on met à mort un animal face à eux. On peut cependant noter que dans l'adaptation au cinéma, les robots vont voir leurs créateurs parce qu'ils veulent vivre plus longtemps. Ils ont peur de mourir si vite et sont en colère contre leurs créateurs qui leur ont donné une vie si courte.

Les humains peuvent ressentir des émotions pour les robots, et pour leur propre apprentissage les robots auront besoin de plus en plus de développer des sentiments pour les vivants, eux-mêmes et les autres robots. L'existence d'empathie et de souffrance est pour l'instant un critère offert par la Science-Fiction pour conserver une distinction entre les humains et les robots, mais la réalité est plus complexe. L'absence de douleur chez les robots permet aux humains de leur rendre leur statut de simple objet. Pourrons-nous continuer longtemps à considérer les robots comme des objets ?

(réalisé pour les fanes de carottes en collaboration avec Llo et Stellasabbat)

[1] http://www.ledroideenchaine.com/news+article.storyid+3564.htm

[2] http://www.gaumard.com/viewproducts.asp?idproduct=40&idcategorie=62

[3] http://www.ledroideenchaine.com/news+article.storyid+3667.htm

Robots

III - Robots et apparence humaine :

Quand les robots s'expriment comme l'homme

III.3 : parole

Pour parfaire leur apparence humaine, lorsqu'on a déjà donné au robot la capacité de reconnaître son environnement, de s'y déplacer de manière autonome, de réagir à des stimulus, la marche bipède, une peau et un visage humain, il manque encore la capacité d'interagir avec l'homme. Pour cela, il lui faut comprendre et répondre. Dans la version muette du films « Metropolis » par Fritz Lang (1927) [1], le robot aux traits de Maria, est totalement capable de communiquer avec les autres. C'est d'ailleurs son but, car il doit discréditer la femme qu'il remplace en tenant des discours opposés à ceux que son double a usuellement.

On voit de plus en plus sur Internet des bots conversationnels, petit logiciels qui répondent par écrit aux questions de clients, ou simplement tiennent une conversation. Mais ce type de bot fonctionne simplement par reconnaissance de mots clefs dans la phrase que son interlocuteur lui soumet.

La compréhension que doivent mettre en œuvre les robots est plus complexe car elle passe par l'oral et le déchiffrement des gestes. Les mots clefs doivent être identifiés dans une phrase prononcée par une personne articulant plus ou moins bien, et avec une voix grave ou aiguë…

La synthèse vocale n'est pas une nouveauté, car dès 1970 les premiers robots interactifs parlent et saluent le public. Mais il faut attendre 1990 pour qu'ils acquièrent la perception sensorielle leur permettant d'envisager de répondre. Et c'est récemment que l'interaction passant par la compréhension de ce qui est émis par l'interlocuteur a pu être mise en œuvre. C'est en effet un domaine très complexe, utilisant des formules mathématiques sophistiquées.

Le robot d'apparence humaine ReplieeQ1 [2], développé par l'« Intelligent Robotic Laboratory » l'Université d'Osaka et en plus de mouvements identiques à DER2 [3], peut comprendre un certain nombre de notions et y répondre (voir la vidéo [4]). Ce robot est destiné à tenir des conférences, servir de guide, ou répondre à des requêtes simples. La voix qui franchit l'émetteur de sons est synthétisée par l'ordinateur. Elle n'est pas articulée.

Or dès le 17ème siècle, il existait des robots capables de parler en utilisant les mêmes organes que les humains. Le Baron Von Kempelen [5] fut par exemple l'auteur de plusieurs machines "parlantes". Il expliqua le fonctionnement de l'une d'elles dans son ouvrage "Mechanismus der Menschlichen Sprache" (Mécanisme de la parole humaine). Beaucoup plus récemment, en 1999, des scientifiques en robotique de l'équipe de Kazufumi Nishikaw de l'Université Waseda au Japon ont repris ces idées en les modernisant quelque peu. Ils ont donc développé un prototype qui se nomme Waseda Talker [6] [7] possédant lui aussi tout les éléments pour articuler des mots (langue, dent, lèvres, palais) ainsi que ceux pour les émettre (corde vocale et poumons). Les poumons sont ici mécaniques, et fonctionnent comme des pistons. Les cordes vocales et la glotte permettent là encore de faire varier la hauteur du son (grave ou aigu). Les dimensions sont légèrement plus grande que les organes humains (facteur 1,2 à 1,3). Toutefois, bien que les fréquences reproduites pour les voyelles soient proches de celles de l'homme, la voix ne paraît pas naturelle. Depuis, ils ont fait évoluer le système et ont présenté en 2007 la version 7 [8] qui, depuis la version 4 [9], est de plus équipée d'une sorte de masque de manière à être plus anthropomorphe.

Une autre équipe, cette fois à l'Université des Sciences de Tokyo, a également récemment développé un robot dont la bouche articulée effectue des mouvements avec sa langue en silicium et sa mâchoire pour reproduire des sons [10]. Il est capable de reproduire le son des voyelles.

Mais ces systèmes nécessitent encore des perfectionnements car les sons obtenus restent imprécis, et l'émission des consonnes reste encore à développer pour en arriver à l'équivalent de la tête parlante imaginée en 1984 par William Gibson dans le « Neuromancien ». Cette tête mécanique est reliée à un terminal d'ordinateur. Sa voix n'est pas de synthèse, mais bel et bien, comme pour ces deux robots développés par les asiatiques, d'origine mécanique : « un bel arrangement d'engrenages et de tuyaux d'orgues ». Sa voix est qualifiée de « mélodieuse et inhumaine ». Aaah, la petite voix métallique souvent attribuée aux robots...

Toutes ces tentatives pour rendre les robots similaires aux hommes peuvent soulever quelques questions. Il est effectivement utile de rendre l'aspect des robots le plus avenant possible si l'on doit les rencontrer au jour le jour dans la rue ou chez soi. Mais si l'on se place dans un avenir futuriste, cela ne peut-il pas mener à des situations périlleuses comme celles envisagées par la Science-Fiction ? Ainsi, les replicants imaginés par P. K. Dick dans « Blade Runner » et les cylons, robots humanoïdes de la série TV « Battlestar Galactica », ont les capacités de décision, l'autonomie et tous les éléments physiques cités jusqu'ici : une peau, la capacité de s'exprimer et une apparence complètement humaine. Tout ceci les rend physiquement indiscernables d'un humain. Et c'est justement ce qui, dans les relations qui les lient aux humains, leur permettent de s'insérer dans la société humaine… Reste un dernier point cependant : les émotions et la conscience.

(réalisé pour les fanes de carottes et rédigé en collaboration avec llo)

Robots

III - Robots et apparence humaine :

Quand les robots marchent dans les pas de l’homme

III.1 : bipédie

Un autre élément caractérisant le vivant que les roboticiens souhaitent faire acquérir à leurs machines est la ressemblance avec l’homme. Cet aspect humanoïde est essentiel afin que les robots soient acceptés par l’homme dans leur environnement quotidien, comme par exemple les petits robots d’accueil Emiew et Emiew2 de Hitashi [1] qui sont amenés à évoluer dans une entreprise. De même, afin d’être accepté comme compagnon de jeu, le robot ludique - Qrio (« Quest for cuRIOsity », Quête de la cuRIOsité en français, son ancien nom de code étant le SDR-4XII pour « Sony Dream Robot ») de Sony ressemble à un petit bonhomme [2]. C’est par ce même principe que les droïdes de protocoles tels C3PO des films « Star Wars » ou le robot « à tout faire » NDR-114 (Andrew) dans le film « L’Homme Bicentenaire » de Chris Colombus (1999) qui doivent interagir avec les humains, ont également un aspect humanoïde. Cette humanité conférée aux robots, qui sont alors qualifiés d’androïdes, passe essentiellement par la ressemblance physique.

Cette ressemblance physique tient essentiellement à la bipédie. Or la marche progressive des robots vers la bipédie est soumise à des contraintes d’équilibre et de position du centre de gravité.

Les hexapodes et quadrupèdes ont un nombre plus élevés de points d’appui et peuvent franchir des obstacles de manière plus aisée, tandis que l'emprise au sol est plus faible. Mais la bipédie requiert un nombre élevé d'articulations dans un espace de volume réduit, le système doit être en permanence en équilibre, soit statique, soit dynamique, et doit avoir la possibilité de mettre en place des corrections rapides des déséquilibres.

Les roboticiens et les chercheurs de l’IRCCyN (Institut de Recherche en Communications et en Cybernétique de Nantes) s’attachent donc à étudier la bipédie et les mécanismes de la marche. Pour cela, ils ont créé deux robots marcheurs [3]. Le robot Semi-Quad [4] est une simplification d’un robot quadrupède qui aurait un déplacement de ses pattes par paire, la quadrupédie est donc simulée avec une bipédie. Le robot-rabbit [5] [6] est un robot bipède développé dans le cadre du projet Robea «Commande pour la marche et la course d’un robot bipède».

Mais ces deux robots ne mettent en œuvre que des « jambes » et doivent être reliés à un système électronique de commande pour fonctionner. Il leur manque également encore un corps.

Or, si l’objectif est de créer un robot totalement autonome, il doit embarquer dans le volume limité de son corps à la fois son énergie (batterie) et le système de commande. Or la masse qu’il est possible de transporter est également limitée, et en général doit être positionnée en hauteur (tronc) ce qui a une grande influence sur la dynamique et l’équilibre du système (position du centre de gravité).

Ainsi en 2003, l’équipe du Professeur Yasuo Kuniyoshi au Japon a fait une démonstration d’un robot humanoïde de 70 kg appelé R Daneel (en hommage au personnage fictif de Isaac Asimov, R. Daneel Olivaw) capable de passer d'une position couchée sur le dos à une position accroupie en moins de 3 secondes, ce qui est bien plus rapide que les autres robots développés jusque là [7]. La même équipe du Laboratoire « Intelligent Systems » de l'Université de Tokyo a présenté un robot très ressemblant à Daneel (mesure 1,55 m et pèse 70 kg). Il est capable de soulever un paquet de 30 kg d’une étagère ou encore de tirer à lui en le décollant du sol par dessous des deux bras un mannequin de taille humaine de 66 kg [8] là, où, jusqu’ici les robots soulevaient au mieux 10 kg. Ces prouesses sont possibles grâce à environ 1800 capteurs de toucher répartis sur quasiment tout le corps.

Ce corps existe également pour le robot d’accueil de Honda, Asimo (Avanced Step In Innovative Mobility) [9] ou son « concurrent » Hubo (ou KHR-3) [10] du KAIST (Institut des Sciences et Technologies Avancées de Corée).

Hubo, en 2005, avec ses 1,20 m et ses 55 kg marche à 1,2 km/h et court à 3 km/h, peut danser, soulever des objets et serrer des mains. Albert Hubo, un modèle plus récent marche à 1,5 km/h et peut faire apparaître diverses expressions sur son visage.

Le nouveau modèle de l’Asimo de Honda, présenté en 2007, est capable de faire de nombreux déplacements relativement complexes pour un robot : courir à 12 km/h, s'arrêter sur place, faire un demi tour sur lui-même, monter les escaliers… mais son autonomie énergétique reste assez réduite. De plus, une part des éléments de contrôle de ce dernier modèle sont déportés à cause des limitations de l’encombrement.

Il est possible de citer également des modèles d’apparence plus simple tels le marcheur bipède Cornell [11] de l'université de Cornell, le robot Denise (1,50 m, 8 kg et peut marcher à une vitesse de 1,44 km/h) de l'université de technologie de Delft aux Pays-Bas [12] qui possède des genoux, le Toddler du MIT [13]… Pour en savoir plus, il existe un catalogue des robots bipèdes sur le site du LAG (Laboratoire d’Automatique de Grenoble) à l’Institut National Polytechnique de Grenoble [14].

Mais la bipédie ne fait pas tout pour qu’un robot ressemble vraiment à un humain, se fonde dans la société et y passe inaperçu. Des robots tels que ceux qui apparaissent dans le film « Terminator » (aussi bien le Terminator, que le robot TX conçu pour tuer les humains), possèdent également une plastique et un visage très similaires à ceux des hommes.

(réalisé pour les fanes de carottes et rédigé en collaboration avec llo)