Robotique
ensemble des techniques permettant la conception de robots De Wikipédia, l'encyclopédie libre
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La robotique est l'ensemble des techniques permettant la conception et la réalisation de machines automatiques ou de robots. Par extension, la robotique fait aussi référence à l'ensemble des domaines scientifiques et industriels en rapport avec la conception et la réalisation de robots.
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Mécatronique, ingénierie des contrôles, mécatronique et robotique (d) |
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De cette définition découlent deux interprétations : la première serait de voir le robot comme une machine, qui possède des capteurs, un système logique et des actionneurs. Il est matériel. La deuxième laisse penser qu'un robot peut aussi être virtuel[1] (voir bot informatique).
La robotique actuelle trouve des applications dans différents domaines (liste non exhaustive) :
Le mot robotique est dérivé de robot. Selon le dictionnaire anglais Oxford, le mot robotique a été utilisé en version imprimée pour la première fois par Isaac Asimov, écrivain américain né en Russie, dans son récit de science-fiction Menteur!, publié en dans Astounding Science Fiction. Dans certains autres ouvrages d'Asimov, il affirme que la première utilisation du mot robotique était dans sa courte histoire Runaround (Astounding Science Fiction, mars 1942). Toutefois, la publication originale de Menteur! est antérieure à celle de Runaround de cinq mois, de sorte que le premier est considéré comme étant à l'origine du mot.
Asimov n'était initialement pas conscient d'avoir popularisé le mot. Il a supposé que le terme existait déjà, par analogie avec « mécanique » (comme « positronique » avec « électronique »), et d'autres termes similaires dénotant des branches de science appliquée[7].
On trouve dans les récits de mythologie de l'Antiquité grecque des références à des humanoïdes artificiels, ainsi l'assistant mécanique fabriqué par le dieu Héphaistos. Au Ier siècle, Héron d'Alexandrie est l'inventeur des premiers automates, si l'on en croit du moins les appareillages qu'il décrit dans son Traité des pneumatiques (Πνευματικά / Pneumatiká). On lui doit par exemple un projet de machine utilisant la contraction ou la raréfaction de l'air pour ouvrir les portes d'un temple ou faire fonctionner une horloge, ceci en vue de « susciter l'étonnement et l'émerveillement »[8].
Autre préfiguration du robot, cette fois dans la mythologie juive, le golem : être artificiel, généralement humanoïde, fait d’argile, incapable de parole et dépourvu de libre-arbitre mais conçu de façon à défendre son créateur.
Beaucoup plus tard viendront, les machines de Léonard de Vinci, au XVIe siècle[9] puis, au XVIIIe siècle, puis celles de Jacques de Vaucanson, qui construit son premier automate dans les années 1730 à des fins ludiques et qui vers 1750, perfectionne les métiers à tisser en les automatisant par hydraulique.
L'histoire de la robotique s'inscrit dans celle, plus vaste, du développement et de la prolifération des machines, qui débute au XVIIIe siècle avec la Révolution industrielle. Elle commence donc avec l'automate. La différence fondamentale entre l'automate et ce que deviendra le robot au XXe siècle tient à ce que le premier obéit à un programme strictement préétabli, que ce soit de manière mécanique ou électrique, alors que le second dispose de capteurs et d'appareillages électroniques, de sorte que ses actions découlent de ses contacts avec son environnement, ce qui - à la différence de l'automate - le rend autonome, « intelligent », au point que l'on parlera plus tard d'intelligence artificielle.
La robotique commence au début du XXe siècle. Le chien électrique conçu par John Hammond et Benjamin Miessner en 1915, les machines de l'ingénieur Bent Russell (1913), du psychologue John Stephens (1929) et de l'eléctrochimiste Thomas Ross (1935)[10], les tortues cybernétiques de William Grey Walter (1950), le renard électronique d'Albert Ducrocq (1953) ou l'homéostat de W. Ross Ashby (1952). Ces robots sont, en général, des répliques simplifiées plus ou moins réussies d'animaux existants. Il s'agit, cependant, des premières réalisations de la reproduction artificielle du réflexe conditionné, encore appelé réflexe de Pavlov, qui constitue la base des comportements adaptatifs, lesquels sont à la base des comportements du vivant[11].
L'apparition de robots destinés à la guerre date de la Seconde Guerre mondiale, avec le Goliath, une mine filoguidée pouvant être actionnée à distance.
La robotisation de l'industrie commence dans les années 1960, dans le secteur automobile, puis va se répandre jusqu'à ce que l'on connaît aujourd'hui[12].
À la fin du 20e siècle, la robotique de transport (de personnes) fait son apparition avec le métro de Lille, qui est le premier métro au monde à utiliser la technologie de véhicule automatique léger (VAL), ou la ligne 14 du métro parisien, seule ligne du réseau métropolitain de Paris exploitée de manière complètement automatique dès sa mise en service (15 octobre 1998).
Les robots domestiques destinés au grand public, quant à eux, font leur apparition plus tard, au début du XXIe, avec par exemple les aspirateurs ou tondeuses autonomes[13].
Toujours au début du XXIe mais sur le plan militaire cette fois-ci, se développent les tourelles automatiques sur les navires de guerre, les appareils volants sans pilotes (voir drone), l'exosquelette motorisé ou encore les « mules »(BigDog en est un exemple).
Un robot est un système alimenté en énergie qui évolue dans un environnement statique ou dynamique, il est formé d'un microcontrôleur ainsi que d'un ou plusieurs capteurs et actionneurs.
La conception d'un robot se base sur son cahier des charges. Elle comprend l'analyse du comportement souhaité pour le robot et sa synthèse théorique, à l'aide notamment des théories d'asservissement, ainsi que l'implémentation logicielle et matérielle du robot.
La structure d'un robot est contrôlée de manière à effectuer une ou un ensemble de tâche. Ce contrôle inclut trois phases distinctes qui se répètent en boucle : la perception, le traitement et l'action. Un robot fonctionne par l'exécution continue d'un programme informatique constitué d'algorithmes. Ce programme est écrit dans un langage de programmation dont la nature est choisie par le constructeur.
La phase de perception est assurée par l'utilisation de capteurs, ou par un système d'information externe (GPS) qui permet un géopositionnement[14]. Les capteurs donnent une information à propos de l'environnement ou des composants internes (p.ex. position d'un moteur ou d'un vérin, état d'une LED, etc.). Cette information est utilisée pour calculer l'ordre approprié à envoyer aux actionneurs.
La phase de traitement est assurée par un microcontrôleur, elle peut varier en complexité. À un niveau réactif, un robot peut traduire l'information brute d'un capteur directement en commande d'un actionneur (p.ex. un arrêt d'urgence ; si un obstacle est détecté alors arrêt des moteurs). Avec des tâches plus sophistiquées, il faut utiliser des algorithmes. On peut entre autres utiliser des opérations mathématiques simples ou complexes, la trigonométrie, des conditions (si…alors…) et d'autres outils dépendants du langage utilisé.
La phase d'action est réalisée à l'aide d'actionneurs.
Les institutions les plus connues dans la recherche en robotique sont : Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), aux États-Unis ; National Robotics Initiative (NRI), aux États-Unis ; Centre national de la recherche scientifique (CNRS), en France ; Institut national de recherche en informatique et en automatique (INRIA), en France ; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (NIAIST), au Japon. Auxquels il faut ajouter des universités (parfois regroupées comme avec le FARI - AI for the Common Good belge), laboratoires privés et entreprises de beaucoup de pays.
Au début du XXIe siècle la Commission européenne renforcé ses financements (outre les aides des programmes-cadres de financement de la recherche et de l’innovation, ce sont 600 M€ (millions d’euros) qui ont été investis de 2007 à 2012 pour aider plus de 120 projets portant sur « l’interprétation de scènes et de situations, sur la perception de l’environnement par des organes sensoriels artificiels (vision, toucher) et sur le comportement physique, tel que la préhension d’objets ou le déplacement dans des espaces familiers ». L'UE estimait en 2012 que la demande mondiale alimenterait un marché de 15,5 milliards d’euros en 2010, dont 3 en Europe)[15],[16]. La commission européenne a soutenu la création d'un réseau européen de recherche en robotique.
Les défis des chercheurs portent désormais sur les points suivants (liste non exhaustive) :
Ils sont 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 microingénierie. Les recherches concernent aussi bien les capteurs, que les actionneurs et les préhenseurs. Ces robots miniatures pourraient avoir un rôle significatif en matière de santé.
Depuis la fin du XXe siècle, de nombreux roboticiens se concentrent sur la locomotion humaine et animale[réf. souhaitée]. C'est un problème difficile, étant donné que le mouvement de la marche est non linéaire et correspond au maintien d'un équilibre dynamique, très consommateur de calcul et/ou d'énergie s'il n'est pas optimal. La tendance, au début de ces recherches[Quand ?] était alors de copier la flexibilité, la robustesse, la dextérité et l'adaptabilité des insectes[réf. souhaitée].
Depuis 2015 environ apparaissent des robots qui marchent avec plus de souplesse et de grâce sur deux ou quatre membres, même si l'on est encore loin des capacités animales et humaine ou, par exemple, de primates non humains marchant ou bondissant dans les branches d'un arbre ou l'escaladant. Le vol et la nage sont mieux maîtrisés que la marche, la course et l'escalade[réf. nécessaire].
Les robots humanoïdes marcheurs comme HRP-2[17], Atlas[18] utilisent le contrôle prédictif basé modéle et la dynamique des corps rigide pour en définir une trajectoire du Centre-de-Masse à partir d'une séquence de pas ou plus généralement de contacts. Le critère d'équilibre utilisé est celui défini par les équations de Newton-Euler[19]. Il faut en général contrôler un critère de stabilité pour éviter que le robot ne tombe. Le critère le plus connu est le DCM (Divergent Component of Motion)[20] appelé également Capture Point. Ces méthodes nécessitent de bien connaître le modèle du robot et permettent un contrôle précis du robot. Elles sont néanmoins coûteuses du point de vue calculatoire et sensibles aux conditions du terrain.
Ces méthodes ont été couplées récemment à des techniques d'apprentissage [21] pour pallier ces désavantages. Dans ce cadre un robot quadrupède appelé ANYMAL est simulé en considérant plusieurs types de terrains. Par optimisation une stratégie classique est sélectionnée et mémorisée par réseaux de neurones. Lorsque le robot réel fait fasse à un environnement similaire il utilise alors la stratégie qu'il a mémorisé. Afin de résoudre le problème de la différence entre le simulateur et la réalité un réseau de neurones est également utilisé pour apprendre à prédire correctement le comportement de ses actionneurs. Cette méthode s'est avérée particulièrement efficace, le robot pouvant ainsi parcourir plusieurs kilomètres en montagne.
Les robots marcheurs comme Rabbit[22], Cassie[23] ou Digit[24] utilisent un autre critère de stabilité appelé la carte de Poincaré[25]. Ce critère cherche à maintenir la trajectoire du centre de masse du robot par rapport à un repère local sur une orbite cyclique. Elle est très performante pour des longues marches et tout à fait adaptée à des environnements peu structuré comme la course en extérieur.
Le monde académique et de la R&D continuent à explorer et à améliorer la qualité des algorithmes d'apprentissage automatique et la méthode du contrôle classique grâce aux progrès des calculateurs, mais une prochaine étape, inspirée de formes plus élaborées d'intelligence artificielle, pourrait être l'abandon pur et simple du modèle analytique au profit de prototypes apprenants capables de développer des réflexes adaptés à leur structure et à leur poids, s'adaptant à différents environnements. L'apprentissage automatique se fera alors directement à partir des données recueillies dans un environnement réel où le prototype de robot sera plongé (approche dite « End-to-end training » (« entraînement de bout en bout »). Cette approche semble émerger vers la fin des années 2010 avec par exemple des bras et mains[26],[27], des drones[28], voire des voitures autonomes[29] capables d'apprendre directement du monde réel plutôt que de modèles cherchant à représenter ce monde[30].
Les recherches visent à mieux intégrer les robots dans l'environnement humain, ce qui est aussi étudié par les interactions homme-robot.
Cette branche de la robotique est également très active. De nouveaux robots sont développés pour la chirurgie mini-invasive et la téléchirurgie[31]. 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.
Ils relèvent largement de la recherche et de l'expérimentation : des humains souffrant d'un handicap physique se sont fait greffer des prothèses mécaniques (des jambes ou avant-bras), contrôlés par leur cerveau. Bien que les résultats soient impressionnants, ce type d'opération reste extrêmement rare.
Définition (Oxford Dictionaries) : un cyborg est une personne fictive ou hypothétique dont les capacités physiques sont étendues au-delà des limites humaines normales par des éléments mécaniques intégrés dans le corps[32].
La recherche s'est dans ce cadre notamment orientée vers la navigation, la localisation et la planification de trajectoire en cherchant aussi à produire des robots d'une grande solidité, adaptés aux milieux hostiles. L'exploration sous-marine et le travail en eau profonde, par exemple avec des ROV remotely operated vehicle ou avec le robot demi-humanoïde « Ocean One » sont des domaines où la robotique est d'une grande utilité. Il en va de même dans l'espace.
Le but de la robotique modulaire est d'arriver à obtenir des robots composés de plusieurs unités qui s'auto-organisent par le biais de reconfigurations dynamiques matérielles (hardware) (FPGA reconfigurables dynamiquement) ou logicielles (software), afin de coopérer à l'instar des cellules qui s'auto-assemblent pour former des tissus, des organes et finalement un corps tout entier. Aussi, la reconfiguration de ses unités permet une adaptation du robot à son environnement qui peut varier selon les tâches qu'on lui attribue.
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. L'exemple le plus parlant est celui de la Kinect, que de nombreux roboticiens réutilisent sur des robots.
Alors que des pilotes automatiques sont installés depuis longtemps dans des aéronefs, la recherche ayant pour but de concevoir des véhicules terrestres grand public robotisés se heurte à de nombreux défis. La localisation, même par GPS différentiel, n'est pas toujours suffisamment précise d'où, dans certains cas, l'utilisation de centrale à inertie. Les progrès dans les techniques de reconnaissance d'objets à partir d'images alliées à l'intelligence artificielle rendent les réalisations de plus en plus convaincantes. Le but du DARPA Grand Challenge est de mettre en compétition divers véhicules de ce type.
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. On parle de cognition voire d'Intelligence artificielle.
Le domaine des robots dits « durables » (via la bioinspiration par exemple, pour la robotique molle notamment)[33] vise à les rendre plus utiles et environnementalement acceptables[34],[35], dans tout leur cycle de vie, moins consommateurs d'énergie, éventuellement autonome (en se rechargeant au soleil et/ou par un oscillateur permettant de marcher, rouler ou battre des ailes en consommant peu d'énergie)[36] et de matériaux ou ressources rares, plus réparables (voire pour partie auto-réparables), recyclables, voire même compostables en fin de vie pour certains.
La définition normalisée ISO-8373 2012 des robots distingue, hors domaine militaire, les robots industriels et les robots de service. Les robots industriels sont ceux qui sont destinés à la production, les robots de service recouvrent aussi bien les services professionnels que l’usage par les particuliers (robots domestiques)[37].
Le premier robot appliqué à l'industrie (chaîne de montage automobile General Motors) est le robot Unimate produit par la société Unimation en 1961.
Selon les normes ISO, il n'y a pas de distinction entre les robots industriels et les machines d'assemblages : « Les robots articulés utilisés sur des lignes de production sont des robots industriels »[37].
| Année | Vente de robots industriels |
|---|---|
| 1998 | 69 000 |
| 1999 | 79 000 |
| 2000 | 99 000 |
| 2001 | 78 000 |
| 2002 | 69 000 |
| 2003 | 81 800 |
| 2004 | 97 000 |
| 2005 | 120 000 |
| 2006 | 112 000 |
| 2007 | 114 000 |
| 2008 | 113 000 |
| 2009 | 60 000 |
| 2010 | 121 000 |
| 2011 | 166 000 |
| 2012 | 159 000 |
| 2013 | 178 000 |
| 2014 | 221 000 |
| 2015 | 254 000 |
| 2016 | 304 000 |
| 2017 | 400 000 |
| 2018 | 422 000 |
| 2019 | 381 000 |
Source: IFR (International Federation of Robotics)[38]
À la fin 2019, le nombre de robots industriels en service est estimé à 2 722 077 unités. En 2013, il était de 1 332 000 unités et, en 2015, de 1 632 000 unités. Ces chiffres sont basés sur une durée de vie moyenne des robots industriels de 12 ans.
Selon la Fédération internationale de la robotique (IFR), la robotique de service peut être séparée en deux catégories[39] :
En 2013, environ 4 millions de robots de service pour l'utilisation personnelle et domestique ont été vendus, ce qui représente une augmentation de 28 % par rapport à 2012[40].
Le marché des systèmes robotiques en général est estimé en 2013 à 29 milliards de dollars, en prenant en compte les coûts de logiciels, périphériques et l'« ingénierie des systèmes » (« systems engineering » en anglais)[41].
En France, le nombre total de robots industriels en France s'élevait à 33 700 en 2018, ce qui est faible comparé à l'Allemagne qui en comptait 216 800 ou même par rapport à l'Italie qui en comptait 67 000. La France est légèrement plus dotée en robots industriels que l'Espagne (29 500) ou le Royaume-Uni (23 800)[41]. Le poids de l'industrie dans l'économie du pays ainsi que la structure industrielle des pays explique en partie ces différences entre les pays. Ainsi les secteurs de l'automobile et de l'électronique sont les deux grands secteurs utilisateurs de robots.
Les domaines qui sont les plus représentés sur le marché de la robotique de services professionnels ou personnels en France sont[42] :
En France, en 2010, on estimait le chiffre d'affaires de la robotique de service à environ US$ 540 millions.
Des fonds d'investissement commencent à apparaître, comme celui de Bruno Bonnell, ancien PDG d'Atari et dirigeant actuel de Robopolis à Lyon. Il lance ROBOLUTION CAPITAL, un fonds d'investissement spécialisé dans la robotique. Grâce à un partenariat avec Orkos Capital et la participation de la caisse des dépôts, il pourra injecter entre 300 000 et 3 millions d'euros dans la filière[43].
Certaines applications de la robotique connaissent déjà une multitude d'exploitations, tandis que d'autres sont encore à l'état de projet ou d'idée. Le développement commercial de ces projets dépendent de plusieurs facteurs[42] :
L’interaction sociale humain-robot pose la question cruciale de la confiance, tout particulièrement pour les robots assistants mais également pour le travail en équipe humain-robot. Pour que l’interaction soit viable et productive, il est nécessaire que les utilisateurs puissent avoir confiance dans les robots avec lesquels ils entrent en contact. Un des buts des chercheurs en robotique sociale est d’essayer d’empêcher un déficit de confiance de la part des utilisateurs mais également d’empêcher une confiance trop aveugle dans le robot[44].
Deux publications intéressantes à ce sujet sont l'article de CITC - EuraRFID intitulé Robotique industrielle, de défense et de services - Quelles opportunités pour le développement économique ?, publié en avril 2014, qui propose une synthèse sur les avancées de la robotique, ses marchés à forts potentiels, etc.[45] ainsi que le projet France Robots initiatives, lancé puis validé en juillet 2014 par le gouvernement français et le ministère du Redressement productif (Arnaud Montebourg), qui prévoit au total 100 millions d'euros d'investissement, répartis entre les entreprises et le monde de la recherche, avec pour objectif de placer la France en position de « leader mondial » d'ici 2020[46]. L'article France Robot Initiative fait le point sur le marché, le développement et les secteurs d'activités de la filière robotique.
Depuis les années 1970, l'informatique et la robotique ont pris une importance croissante dans de nombreux environnements de production (chaînes d'activités industrielles mais aussi de services tels que le tri postal ou l'analyse médicale). D'une part, les emplois directement induits par la robotique (pour la conception et fabrication, lorsque les robots ne sont pas construits par d'autres robots) ont augmenté[47]. Mais d'autre part, les robots qui disposent d'atouts relativement aux humains (infatigables, ne faisant pas grève, pouvant travailler 24h/24 et 7 jours sur 7 en dehors des périodes de maintenance) se substituent à un nombre croissant d'emplois auparavant occupés par des humains.
Dans les années 2000, certains analystes, tels que Martin Ford, auteur de Les Lumières dans le tunnel : automatisation, technologie d'accélération et de l'Économie de l'avenir[48] affirment que les robots et d'autres formes d'automatisation assistées par l'informatique finiront par induire un chômage important à moins que l'économie ne soit conçue pour les absorber sans supplanter les humains.
Jusque dans les années 2010, les impacts négatifs sur l'emploi liés à la robotique semblent principalement concerner des emplois subalternes, répétitifs ou pénibles. Il est souvent postulé que la robotisation compenserait ces pertes d'emploi par d'autres emplois de techniciens hautement qualifiés, d'ingénieurs et de spécialistes.
Parallèlement, des technologies voisines (liées à l'intelligence artificielle et au traitement de l'information notamment) font craindre à certains d'autres pertes d'emplois, cette fois dans des fonctions considérées comme qualifiées, dans des secteurs généralement hors du champ de la production industrielle[49].
Selon la théorie néoclassique, la robotisation augmente la productivité des industries concernées, conduit à une baisse du prix des biens ce qui, en retour, augmente la demande pour ces biens, et donc la demande de travail dans ces industries, ce « travail supplémentaire » pouvant toutefois être réalisé par des robots. Bien qu'elle coûte cher en termes d'investissements initiaux (informatisation de l'entreprise), A. Lipietz considère que la robotisation des ateliers permet d'accroître productivité, rentabilité et flexibilité[50].
En 2018, l'IFR (International Federation of Robotics) a publié une étude (The Impact of Robots on Employment and Jobs allant dans ce sens[51]). Mais une étude américaine de 2017 conclut que les emplois hautement qualifiés supposés accompagner la robotisation n'ont pas été produits en nombre suffisant pour compenser les pertes d'emplois[52].
Cette préoccupation émerge dans le monde politique et chez certains décideurs : En 2016, Barack Obama a fait part de son inquiétude à ce sujet en fin de son mandat. En 2017 Bill Gates dans une interview accordée à Qwartz[53] a expliqué que « à l'heure actuelle, si un travailleur humain produit, disons, une richesse de 50 000 dollars dans une usine, ce revenu est taxé. Si une machine vient et fait la même chose, on pourrait penser que nous imposerions le robot à un niveau similaire », ce qui permettrait de « profiter de la libération de la main-d’œuvre pour pouvoir faire un meilleur travail en direction des personnes âgées, avoir des classes d’élèves moins nombreuses, aider les enfants ayant des besoins particuliers » explique le créateur de Microsoft[53]). En France, Benoît Hamon, lors de sa campagne électorale en 2017, a aussi proposé que les robots et les machines puissent être taxés sur la base d'un salaire fictif, virtuel afin de contribuer au financement de la protection sociale et du revenu universel[54].
L'étude[52] du MIT publiée en octobre 2017 conclut que le phénomène de substitution à l'emploi humain est bien réel aux États-Unis : Là où ils sont utilisés, les robots tendent effectivement à se substituer à l'emploi humain (670 000 emplois perdus aux États-Unis en 17 ans, chiffre qui reste modeste par rapport aux millions d'emplois du pays, mais précisent les auteurs la tendance continue à s'accélérer et que ce mouvement pourrait s'amplifier : Un travail prospectif du Boston Consulting Group estime qu'entre 2015 et 2025 la part des robots pourrait encore quadrupler dans le marché du travail ; L'étude du MIT signale en outre un effet secondaire déjà observé : une baisse des salaires liée à la robotisation ; chaque nouveau robot introduit sur le marché du travail pour 1000 travailleurs correspond en moyenne à 0,25 à 0,50 % de diminution du salaire moyen[52]. L'étude du MIT s'est limitée aux robots strictement industriels, ne prenant pas en compte les distributeurs de billets, les voitures autonomes, robots ménagers, imprimantes 3D domestiques, IA, etc. ; ses résultats pourraient donc sous-estimer le poids total des emplois perdus.
En Europe une étude de l’Institut McKinsey a porté sur 46 pays représentent 80 % du marché du travail mondial, concluant que 50% environ des activités rémunératrices de l’économie mondiale pourraient déjà être accomplies par des technologies existantes (soit l'équivalent de 1,2 milliard d’emplois et 14,6 billions (mille milliards) de dollars américains de salaires). Les pays les plus industrialisés sont les plus touchés. La France qui se désindustrialise au profit du tertiaire et des services serait parmi les pays les moins touchés avec « seulement » 43,1 % d’emplois pouvant être substitués par un robot ou une machine alors qu'au Japon 55,7 % des emplois pourraient encore être remplacés par des robots). Le Royaume-Uni et la Norvège seraient les pays les moins à risque car les moins industrialisés. Cependant la finance elle-même est de plus en plus régie par des algorithmes et des processus automatisés. Au sein des 5 grandes économies européennes (France, Allemagne, Italie, Espagneet Royaume-Uni) 60 millions d’employés (et 1,9 billions de dollars) pourraient être remplacés par des robots. Ceci pourrait avoir des impacts positifs sur le PIB, mais catastrophiques pour l'emploi et problématique pour l'économie car les robots n'achètent pas. Parmi les solutions avancées figurent une taxation du travail réalisé par les robots, éventuellement associée à une réduction du temps de travail, au profit de l'instauration d'un revenu universel de base (idée notamment défendue par Elon Musk qui est certain « qu’il y aura de moins en moins d’emplois qu’un robot n’arrivera pas à mieux maîtriser »[55],[56].
Les robots comme les Lego Mindstorms, AISoy1 ou plus récemment Thymio[57] sont devenus un outil éducatif populaire dans certains collèges et lycées[58], ainsi que dans de nombreux camps d'été pour les jeunes. Ils peuvent susciter l'intérêt dans la programmation, l'intelligence artificielle et la robotique chez les étudiants[59],[60]. Dans la faculté de génie industriel du Technion, un laboratoire pédagogique a été créé en 1994 par Dr Jacob Rubinovitz[61].
Les universités proposent des baccalauréats, maîtrises et doctorats dans le domaine de la robotique. Les écoles professionnelles proposent de la formation de la robotique visant à faire carrière dans la robotique.
En Suisse, à l'EPFL, les études de robotique se font dans la section de microtechnique. Au niveau du Master, une des quatre orientations possibles en microtechnique est « Robotique et Systèmes Autonomes », avec des cours tels que « base de la robotique », « applied machine learning », « mobile robots », ainsi que des travaux pratiques[62].
En France, l'ENSTA-Bretagne propose pour les étudiants ingénieurs une spécialité sur la robotique autonome avec une coloration marine et sous-marine [63].
Au niveau des Hautes-Écoles, un cours de robotique est proposé en dernière année de Bachelor, à l'HEIG-VD[64].
Aux États-Unis, plusieurs programmes nationaux de camp d'été comprennent la robotique dans le cadre de leur cursus de base, y compris Digital Media Academy, RoboTech et Cybercamps. En outre, les programmes de robotique d'été de la jeunesse sont souvent offerts par les célèbres musées tels que le Musée américain d'histoire naturelle et Le Tech Museum of Innovation dans la Silicon Valley, en Californie, pour n'en nommer que quelques-uns.
En France, l'activité robotique a été portée par l'association Planète Sciences, qui organise depuis les années 1990 des séjours de vacances sur le thème de la robotique. Le règlement du concours international de la coupe de France de robotique est testé lors du séjour de vacances 15-18 ans nommé FuRoBaLex (Fusées, Robots et Ballons Expérimentaux).
De nombreuses écoles à travers le pays ont commencé à ajouter des programmes de robotique à leur programme après l'école. Deux programmes principaux pour la robotique parascolaires sont Botball[65] et FIRST Robotics Competition.
De nombreux établissements parascolaires français, tels que les centres d'animations, les maisons des jeunes et de la culture, etc., proposent des ateliers de pratique pédagogique de la robotique. La ville de Paris propose des ateliers robotique[66] à l'année dans ses centres d'animations[67].
Les cyberespaces, les espaces publics numériques (EPN) et certains centres de culture scientifique proposent également la pratique de la robotique pédagogique.
Depuis les années 2000 se développent en France les Hacklab et Fab lab, ces lieux sont des terrains propices à la pratique collaborative autour de projets robotiques amateurs.
Chaque année, de nombreuses compétitions de robotique s'effectuent à travers le monde. Elles impliquent en principe des équipes (d'une ou plusieurs personnes) où des robots pilotés ou autonomes ont des tâches spécifiques à réaliser.
En France, il y a plusieurs compétitions qui se distinguent par leurs approches (collaboratif ou compétitif) et l'âge des participants. Les plus connues sont la coupe de France de robotique (robot autonome, niveau école d'ingénieur) et les Trophées de robotique (robot filoguidé, niveau école secondaire). Ces deux manifestations ont été médiatisées via l'émission de télévision E=M6, qui a créé la Coupe E=M6 de robotique, devenue désormais la Coupe de France de robotique. Les Trophées de robotique se déroulent en février sur toute la France, la coupe de France de robotique se déroule sur quatre jours au mois de mai (durant le week-end de l’ascension) dans la ville de La Roche-sur-Yon[68] (La Ferté-Bernard avant 2015).
L'engouement international pour ces deux compétitions françaises a ensuite conduit à la fondation au niveau européen de Eurobot et Eurobot Junior.
Voici un tableau (non exhaustif) regroupant les compétitions de robotique les plus marquantes[69],[70].
| Compétition | Objectifs | Robots | Lieu de déroulement |
|---|---|---|---|
| RoboGames (ROBOlympics) | Compétition « sportive » comparable à des jeux olympiques | Pilotés et/ou autonomes | Californie, USA |
| RoboCup | Promouvoir la recherche et l’éducation dans le domaine de l’intelligence artificielle | Autonomes | Monde entier |
| Coupe de France de Robotique | Compétition ludique de groupe d’amateurs passionnés par la robotique | Autonomes | La Roche-Sur-Yon, France |
| Best Robotics[71] | Promouvoir les sciences et la robotique auprès de collégiens et lycéens | Pilotés | USA |
| FIRST : - Robotics Competition for high-school students[72]
- Tech Challenge for high-school students[73] - LEGO League for 9 to 14 year-olds[74] |
Promouvoir les sciences et la robotique auprès de collégiens et lycéens | Pilotés et/ou autonomes | - USA et Canada
- USA - Monde entier |
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Il manque cruellement d'études sociales, d'enquêtes statistiques ou scientométriques sur les structures sociales dans le domaine de la robotique. Ce serait très intéressant d'avoir des données sur ce sujet, car la robotique étant une science relativement jeune, les personnes y travaillant n'ont pas forcément toutes réalisé leurs études dans ce domaine, ou alors le parcours qu'ils ont eu n'est plus le même qu'il pourrait être actuellement, et donc l'évolution de la robotique (recherche et développement) peut être différente, car une personne ayant une formation d'automaticien par exemple ne pensera pas de la même façon que quelqu'un qui a étudié en électronique.
Il existe plusieurs enquêtes de différents spécialistes sur l'acceptation par les personnes âgées de robots d'assistance (à domicile). On trouve aussi des études sur l'opinion des travailleurs quant à des robots industriels de plus en plus présents dans les chaînes de montages. Un plus petit nombre d'enquêtes portent sur l'avis de la population mondiale des robots dans la maison (robots aspirateurs, laveurs de vitres, mais aussi humanoïdes, etc.).
Une de ces enquêtes a été menée en 2012 par TNS Opinion & Social à la demande de la Direction générale de la société de l'information et des médias (INSFO) dans chaque pays de l’Union Européenne, sur la perception par le grand public de quatre tâches pouvant être confiées à un robot[76]. Les réponses étaient quantifiées par un score de 0 (rejet) à 10 (plébiscite). On constate une acceptation relative des robots industriels et un rejet des robots de compagnie pour les enfants et les personnes âgées :
Cependant, il faut prendre en compte que seulement 12 % des sondés ont ou ont eu une expérience avec un robot au travail ou à la maison.
Toujours selon cette enquête, les principaux avis du public vis-a-vis des robots sont qu'ils sont utiles et bons car ils peuvent réaliser des tâches qui sont difficiles ou dangereuses pour un humain (exemples : robotique industrielle), ou alors parce qu'ils sont capables de nous aider (exemple : robotique médicale). D'un autre côté, les gens se méfient que les robots volent leurs postes de travail ou alors qu'ils nécessitent un entretien complexe.
Deux images ont été montrées aux personnes sondées, l'une représentant une machine d'assemblage (travail à la chaîne) et l'autre un robot d'assistance de forme humanoïde. Quand on leur demande si l'image correspond bien à leur idée des robots, il y a 81 % de « oui » et 17 % de « non » pour la machine d'assemblage (2 % ne savent pas) contre 66 % de « oui » et 32 % de « non » pour le robot humanoïde (2 % ne savent pas). Ce qui montre que les gens ont plutôt une image des robots comme une machine autonome utilisée au travail plutôt qu'une machine à la forme humaine qui peut aider à la maison.
Par rapport aux applications des robots, les citoyens européens pensent qu'ils devraient être utilisés en priorité dans les domaines qui sont trop difficiles ou dangereux pour les humains, comme l'exploration spatiale, les chaînes de production, le militaire et la sécurité nationale, et dans des tâches de recherches et de sauvetages. Par contre, une grande partie des sondés répond que les robots devraient être bannis dans certains domaines qui comportent des interactions avec les humains, tels que la garde des enfants ou la prise en charge des personnes âgées/handicapées.
En ce qui concerne la robotique d'assistance aux personnes âgées, une étude par questionnaire a été réalisée en 2005 en Italie, qui faisaient intervenir 120 personnes de 3 groupes d'ages : des jeunes adultes (18-25 ans), des adultes (40-50 ans) et des personnes âgées (65-75 ans)[77]. Cette étude montre qu'en matière d'assistance aux personnes âgées, les personnes interrogées se préoccupent plutôt d'aspect comme l'intégration harmonieuse des robots dans la maison (ils ne doivent pas effrayer les animaux, ou être des obstacles à leur déplacement, en particulier pour les personnes en perte de motricité), ce qui se traduit par le souhait d'un robot de petite taille, afin qu'il puisse se déplacer dans toute la maison. On observe une variation dans les souhaits concernant la forme, la couleur et le matériau constituant le robot, cela va d'une forme de cylindre en métal à une représentation au plus près d'un humain. On note une certaine méfiance vis-à-vis des situations qui nécessitent une prise de décision du robot, qui n'aurait pas été programmée auparavant (lors d'une situation nouvelle par exemple) ou de perdre le contrôle de leur environnement. De plus, les personnes âgées sondées imaginent avoir des interactions sociales avec les robots, proches de celles entre humains. Par exemple pouvoir leur parler, et que ceux-ci respectent les principes de politesse. Ou encore dans le cas d'un robot qui prendrait en photo une éventuelle blessure d'une personne âgée afin de l'envoyer à un médecin, que le principe de respect des clichés et de la vie privée soit garanti.
Un second sondage d'opinion a été réalisée par les mêmes personnes, mais cette fois uniquement sur des personnes âgées[78]. Les résultats sont similaires, ils montrent que les personnes âgées sont à priori assez ouvertes aux nouvelles technologies mais leur capacité d'adaptation diminue avec l'âge, devenant de plus en plus réfractaire à un changement dans leur environnement.
Les personnes âgées se méfient plus des robots que les autres catégories d'âge. Elles préfèrent des robots d'assistance qui réalisent des tâches fixées préalablement (faible degré d'autonomie, pré-programmés, pas capable d'évoluer ou de se déplacer librement dans la maison), faits de matières plastiques et se déplaçant lentement, plutôt amusant et ressemblant à un animal, et communiquant par interactions orales, plutôt qu'un robot autonome sérieux à l'apparence humaine. Ces caractéristiques aident à réduire l'appréhension des personnes âgées vis-à-vis des robots d'assistance domestique (Roy et al., Towards Personal Service Robots for the Elderly (en), 2000)[79].
Une publication de 2007, dans le PsychNology Journal (Vol 5 n.3)[80], confirme le fait que les personnes âgées sont plus à l'aise et capables de développer un attachement psychologique en présence d'un robot qui n'a pas un visage humanoïde. On peut y lire, au sujet d'un robot qui n'est pas humanoïde, « cela permet d'éviter la question éthique du brouillage de la frontière entre vivant et artefact ». Les personnes âgées en bonne santé sont plus positives à l'idée d'intégrer un robot dans leur vie de tous les jours que les personnes ayant des problèmes de santé, qui seraient donc celles à qui cette aide serait le plus bénéfique. Le fait qu'on puisse voir clairement quels sont les mouvements et les actions possibles réalisés dans l'environnement domestique aide aussi à l'acceptation de cette assistance.
Enfin, il est essentiel lors de la conception d’un robot social d’assistance, de s’assurer que les comportements du robot sont correctement perçus par l’utilisateur et qu’ils sont en adéquation avec la tâche à effectuer (A. Delaborde & L. Devillers, Impact du comportement social d’un robot sur les émotions de l’utilisateur : une expérience perceptive, 2012)[81]. Il existe une corrélation entre le comportement du robot et l'expression des émotions de la part de l'utilisateur. Si le robot a un comportement non souhaitable (il peut arriver que son choix de réponse soit perçu comme quelque chose d’inapproprié ou « malpoli » cela permet d'éviter la question éthique du brouillage de la frontière entre vivant et artefact par l'utilisateur, ou qu'on considère qu'il s'est introduit dans l'intimité de la personne, etc.), l'utilisateur aura moins tendance à partager ses émotions avec lui.
Un article paru dans les annales des Mines - Réalités industrielles (G. Dubey, 2013)[82] analyse, d'un point de vue anthropologique, les défis de la robotique personnelle. Selon cette étude, la figure du robot, surtout humanoïde, renvoie à celle de la personne. Sa présence est alors perçue comme intrusive, notamment par les personnes âgées, auxquelles le robot renvoie l'image d'une personne ayant besoin d'assistance, ce que ces personnes ne sont pas forcément prêtes à accepter. Le rejet du robot tient alors moins à la nouveauté technologique et à ses fonctionnalités qu'à l'image de déclin et de dépendances qu'il renvoie à son utilisateur.
D'autres projets traitent des robots d'assistance aux personnes âgées, comme Mobiserv (« An Integrated Intelligent Home Environment for the Provision of Health, Nutrition and Well-Being Services to Older Adults ») qui a débuté en décembre 2009 et s'est achevé en août 2013, dans plusieurs pays européens, dont le but était de concevoir, développer et évaluer une technologie pour favoriser une autonomie des personnes âgées la plus longue possible, avec un accent sur la santé, la nutrition, le bien-être et la sécurité[83].
Dans un contexte d'utilisation croissante de robots et de robots disposant parfois d'une « semi-autonomie » (de la tondeuse à gazon autonome aux drones sophistiqués, en passant par la rame de métro sans chauffeur, ou l'assistance à opération chirurgicale, éventuellement à distance, etc.), la notion de responsabilité juridique liée à l'utilisation de robots pourrait évoluer et poser de nouvelles questions éthiques, notamment en cas d'accident, d'impacts sur l'environnement ou la santé, voire en cas d'attaque volontaire (des robots sont déjà utilisé militairement et/ou pourront l'être pour des observations, enquêtes ou intrusions illégale, pour provoquer ou violemment réprimer des soulèvements, ou lors de troubles civils divers, incluant opérations de répression, guérilla ou contre-guérillas).
La question de la relation entre la robotique et l'humain dans ses implications techno-éthiques a fait l'objet de plusieurs études scientifiques[réf. nécessaire], notamment celle du professeur Bertrand Tondu, correspondant des relations internationales du département Génie Électrique et Informatique de l'INSA de Toulouse et directeur de recherche au CNRS.
Un domaine d'application de la robotique concerne la réparation de l'humain grâce à des prothèses neurales ou membres bioniques. Touchant au corps humain, le domaine relève de l'éthique médicale dont la réflexion devrait logiquement faire partie intégrante de la définition des spécifications des robots en conception. Le fait d'augmenter les capacités, volontairement ou non, ou d'altérer d'autres fonctions touche à l'autonomie de l'individu (réparation, préservation, augmentation) et à son intégrité implique que le roboticien prenne ces considérations en compte.
D'après un rapport de la CERNA (commission de réflexion sur l'éthique de la recherche en sciences et technologies du numérique d'Allistene) sur L'éthique de la recherche en robotique[44], lorsque les robots sont conçus pour s'insérer dans un environnement social, ils ne peuvent plus être considérés comme de simples objets techniques autonomes mais comme des éléments qui s'inscrivent dans des systèmes socio-techniques qu'ils modifient. Cela implique que le roboticien prenne en compte cette insertion des robots (y compris les questions éthiques, juridiques, sociales et environnementales) dans le processus de conception de ses fonctionnalités, de sa fiabilité et de ses performances. Il s'agit de prendre en considération le couplage entre l’objet, les personnes avec lesquelles il interagit, les autres objets, l'environnement et l’organisation sociale dans laquelle il s’insère.
Enfin, certains robots ont la capacité de capter des données personnelles (photos ou vidéos de personnes, voix, paramètres physiologiques, géolocalisation…), par exemple des robots de gardiennage, de surveillance, d’assistance ou encore des drones. Leur déploiement soulève alors des questions liées à la protection de la vie privée et des données personnelles. S’il n’est pas possible de prémunir à sa conception un robot d’un usage inapproprié ou illégal des données qu’il capte, le chercheur est néanmoins invité à veiller à ce que le système robotique facilite le contrôle de l’usage des données.
Cette question éthique peut être retourné dans l'autre sens et être prise du point de vue de la machine. Pour illustrer ce concept, rien de mieux que d'utiliser le cas de BigDog, le robot développé par le Boston Dynamics. Dans une de ses vidéos de présentation, les ingénieurs lui donnent des coups de pied pour le déséquilibrer et démontrer sa capacité à garder l'équilibre[84]. A la vue du robot perdant l'équilibre et essayant de garder l’équilibre, de nombreux internautes se sont indignés[85]. Beaucoup de personnes ont en fait expérimenté une sensation de gêne à ce qu'ils ont perçu comme de la violence gratuite sur un être sans défense.
Cette prise de conscience est loin d'être isolée ou minoritaire : la Corée du Sud travaille déjà depuis plusieurs années sur un code d'éthique robotique dont le résultat final[86], publié en 2012, inclut une partie sur le fait qu'il n'est pas éthique de frapper un robot de manière abusive et sans raisons valables.
Plus l'intermédiaire robotisé disposera d'autonomie, plus il pourrait à l'avenir bouleverser le droit international humanitaire et compliquer la tâche de juger de l'intention du fabricant, programmeur ou utilisateur d'un robot dont l'action aurait eu des conséquences dommageables pour des hommes ou l'environnement. Les tribunaux internationaux sont déjà compétents en matière de crime de guerre, crime contre l'humanité et génocides, mais la situation est plus complexe concernant le renseignement ou des accidents liés à des usages civils ou de robot en tant qu'arme non létale destiné par exemple à séparer des adversaires dans une volonté de maintien ou rétablissement de la paix.
Le cadre légal existant permet d’analyser un bon nombre de questions juridiques relatives à la robotique. Toutefois, la question de la nécessité de normes nouvelles fait actuellement (2014) débat. À titre d’exemple, certains avancent l’idée que les robots pourraient posséder des droits, d’autres de doter les robots d’une personnalité juridique particulière[44].
Dans ce contexte, un projet a été lancé en mars 2012, dont le but était de comprendre les implications juridiques et éthiques des technologies robotique émergentes, ainsi que de découvrir si les cadres juridiques existants étaient adéquats et suffisants par rapport à la prolifération rapide de la robotique et de quelles manières les développements dans le domaine de la robotique influent sur les normes, les valeurs et les processus sociaux que nous connaissons[87]. Ce projet s’intitule RoboLaw (« Regulating emerging robotic technologies in Europe: Robotics facing law and ethics »), il a été réalisé par E.Palmerini et al. et a été publié en mai 2014[88]. Une des conclusions de cette étude est que les robots sont souvent considérés, d'un point de vue juridique, comme « exceptionnel ». La conséquence de ce principe est que l'adéquation des règles existantes est souvent remise en question, le plus souvent à propos de l'autonomie ou de la capacité à apprendre des robots. Les règles de responsabilités devraient donc être développées. D'un point de vue ontologique, on peut conclure[style à revoir] que les robots (surtout quand ils sont autonomes) en contact avec des sujets plutôt que des objets, devraient se voir attribuer une personnalité juridique, avec toutes les conséquences en ce qui concerne les droits et obligations que cela implique.
Le robot qui se retourne contre son fabricant, n'est plus maîtrisé, ou prend une autonomie inattendue est un thème fréquent de la science-fiction, mais qui intéresse aussi les militaires. Par exemple, les robots militaires, qu’ils soient ou non autonomes, sont régis par le Droit International Humanitaire (« responsabilité du fait des choses »[89]) et font l’objet de travaux sous l’égide de l’ONU[44].
De nouveaux défis moraux et environnementaux sont également posés par les nanotechnologies et le développement plausible ou en cours de robots très miniaturisés comme les nanorobots, voire dans un futur proche les bio-nanorobots.
La conception des mécanismes, d'automatismes et de robots tient aussi à des courants philosophiques (pensée mécaniste, pensée systémique, etc.) parfois explicites. La philosophie mécanique de la Grèce antique, par exemple, a conduit les philosophes de l'époque à imaginer, inventer et réaliser de nombreux mécanismes sophistiqués[Lesquels ?] dont les mécaniciens se servent encore aujourd'hui.
Les courants de pensée qui suivent font partie du monde de la robotique et de ses fantasmes. Bien que des études sérieuses aient pu être menées sur ces sujets[Lesquelles ?], ils sont à prendre avec les plus grandes précautions et peuvent être considérés dans certains cas comme des pseudo-sciences voire sectes[réf. nécessaire].
Plus récemment, des mouvements sociaux et intellectuels développent des visions du monde et des réflexions philosophiques qui pourraient influencer l'orientation de développements technologiques comme ce fut le cas aux États-Unis en amont de la National Nanotechnology Initiative (NNI)[90].
Transhumanisme : Le transhumanisme est un mouvement culturel et intellectuel international prônant l'usage des sciences et des techniques afin d'améliorer les caractéristiques physiques et mentales des êtres humains. Le transhumanisme considère certains aspects de la condition humaine tels que le handicap, la souffrance, la maladie, le vieillissement ou la mort subie comme inutiles et indésirables. Dans cette optique, les penseurs transhumanistes comptent sur les biotechnologies, sur les nanotechnologies et sur d'autres techniques émergentes.
Téléchargement de l'esprit : Le téléchargement de l'esprit (Mind uploading en anglais) est une technique hypothétique qui pourrait permettre de transférer un esprit d'un cerveau à un ordinateur, en l'ayant numérisé au préalable. Un ordinateur pourrait alors reconstituer l'esprit par la simulation de son fonctionnement, sans que l'on ne puisse distinguer un cerveau biologique « réel » d'un cerveau simulé.
Singularité technologique : La singularité technologique (ou simplement la Singularité) est un concept, selon lequel, à partir d'un point hypothétique de son évolution technologique, la civilisation humaine connaîtra une croissance technologique d'un ordre supérieur. Pour beaucoup, il est question d'intelligence artificielle, quelle que soit la méthode pour la créer. Au-delà de ce point, le progrès ne serait plus l’œuvre que d’intelligences artificielles, elles-mêmes en constante progression. Il induit des changements tels sur la société humaine que l’individu humain d’avant la singularité ne peut ni les appréhender ni les prédire de manière fiable. Le risque en est la perte de pouvoir humain, politique, sur son destin.
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