Des robots mobiles autonomes et rapides pourraient résoudre les problèmes de chaînes d'approvisionnement en livrant des marchandises de manière efficace. Des chercheurs du laboratoire de systèmes robotiques de l'ETH Zurich ont introduit un nouveau robot combinant les capacités des robots à roues et à jambes.
Conception du robot pour la livraison autonome
Le nouveau robot développé par l'ETH Zurich navigue en utilisant diverses techniques d'apprentissage par renforcement. Cela lui permet de passer sans heurt des modes de conduite aux modes de marche, en s'adaptant à différents terrains.
Joonho Lee, co-auteur de l'article explique que l'objectif principal était de créer un système de conduite autonome pour un robot au sol, capable de se déplacer à une vitesse record. Ce projet résulte de plus de cinq ans de recherche en robotique à jambes, navigation autonome et perception robotique.
Héritage et améliorations
Ce robot est basé sur une version précédente créée par l'équipe CERBERUS, qui a remporté le DARPA Subterranean Challenge en 2021. Comparé à son prédécesseur, le nouveau système présente un design simplifié et un système de navigation alimenté par l'IA plus avancée.
Les méthodes d'optimisation en ligne traditionnelles utilisées pour les robots lents ne sont pas adaptées aux robots rapides comme celui-ci, qui peuvent atteindre 20 km/h. Un délai de 0,5 seconde peut entraîner une erreur de 1 mètre et cela pourra causer une collision catastrophique.
Contrôle par réseau de Neurones
Les chercheurs ont développé et testé diverses techniques d'apprentissage par renforcement hiérarchique. Ils ont finalement formé un contrôleur basé sur un réseau de neurones capable de traiter différents types d'entrées et de créer de nouveaux plans de navigation en quelques millisecondes. Ce contrôleur se distingue par sa compréhension fine des dynamiques complexes des robots à jambes.
Transition efficace entre conduite et marche
Sur des terrains lisse, le robot privilégie ses roues pour se déplacer, une solution efficace pour minimiser la consommation d'énergie. Sur des terrains plus complexes, comme en présence de marches, le robot passe en mode marche.
Cette capacité permet au robot de combiner les forces des robots à roues. D'un côté, les robots à roues sont efficaces sur terrain plat, mais peinent à franchir des obstacles. De l'autre, les robots à jambes sont capables de surmonter des obstacles mais consomment plus d'énergie.
Système de navigation simplifié
Le contrôleur développé par l'équipe ne repose pas sur des techniques de planification et de contrôle basées sur des modèles classiques, souvent inefficaces en présence de perturbations aléatoires. Au lieu de cela, deux réseaux de neurones artificiels traitent les données collectées par les capteurs intégrés dans le robot.
Entraînement et performances du robot
Pour former un agent de navigation, les chercheurs ont créé un environnement de simulation, semblable à un jeu vidéo. Le logiciel génère automatiquement de nouveaux « niveaux » pour le contrôleur de navigation avec différents terrains complexes et perturbations.
Après plusieurs heures d'entraînement, ils ont obtenu des contrôleurs robustes et polyvalents capables de gérer tous types de terrains difficiles et d'environnements labyrinthiques.
Le système de navigation a été testé avec succès dans des conditions réelles. Lors de ces tests, le robot a parcouru plus de 10 km dans deux villes européennes, Zurich et Séville. Le système pourrait être encore amélioré et déployé dans différents contextes. L'une des applications les plus prometteuses est la livraison rapide, fiable et autonome de marchandises sur divers terrains.
Perspectives d'avenir
À l'avenir, Lee souhaite étendre ce système avec des entrées multimodales. Actuellement, le robot se base uniquement sur des informations géométriques pour la navigation et la marche, mais dans le monde réel, il est nécessaire de prendre en compte d'autres facteurs, comme vérifier si le sol est mouillé ou respecter les feux de circulation. Ce projet ouvre la voie à de nouvelles avancées dans la robotique autonome.
Les chercheurs de l'ETH Zurich ont franchi une étape majeure dans le domaine de la robotique autonome. En combinant les avantages des robots à roues et à jambes, ce robot innovant est prêt à relever les défis des terrains complexes et à révolutionner les chaînes d'approvisionnement en assurant des livraisons rapides et autonomes.
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