Le robot Atlas 2016

Histoire du robot Atlas, l’humanoïde de Boston Dynamics

Le 23 Février 2016, Boston Dynamics a publié une vidéo montrant les aptitudes d’une nouvelle génération de son robot Atlas. Cette vidéo a fait le tour du monde et a suscité de nombreuses réactions. La capacité du robot bipède à garder son équilibre même sur des terrains accidentés a enthousiasmé des passionnés de robotique. Mais ce résultat n’a pas été obtenu en un jour.

UNE PREMIÈRE VERSION DÉVOILÉE LE 11 JUILLET 2013

Le robot Atlas a été dévoilé pour la première fois au public le 11 juillet 2013. Cette version de l’humanoïde était vraiment imposante: Atlas mesurait alors presque 1,88m de haut pour un poids d’environ 150kg! Il paraissait futuriste avec son torse éclairé par des LEDs bleues. Ce prototype était le fruit d’un contrat de Boston Dynamics avec la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), une agence du département de la défense des États-Unis d’Amérique. Il était basé sur PETMAN, un robot anthropomorphique de Boston Dynamics permettant de tester des combinaisons spéciales utilisées par le personnel de l’armée américaine. On pouvait donc penser qu’Atlas était développé à des fins principalement militaires.

En fait, le robot a été développé par Boston Dynamics pour la DARPA afin de participer à la compétition du « DARPA Robotics Challenge » . Le « DARPA Robotics Challenge » avait pour objectif de faire progresser la technologie afin d’être en mesure de créer des robots qui pourront assister les humains en cas de catastrophe. Les équipes compétitrices devaient faire passer à leurs robots une série d’épreuves sélectionnées par la DARPA et mettant en avant des aptitudes utiles pour effectuer des missions de secours. La compétition a commencé en octobre 2012 et s’est achevée par la finale en juin 2015.

Le prototype du robot Atlas de 2013
Le prototype du robot Atlas de 2013

Constitué d’une structure en aluminium et en titane le protégeant des chocs, Atlas possédait 28 articulations à commande hydraulique. Il était doté de deux systèmes principaux pour percevoir son environnement: un LIDAR (télédétection par laser) et une vision stéréoscopique. Il était déjà capable de marcher sur des terrains accidentés et de grimper en pilotant ses bras et jambes de façon indépendante. Pour mouvoir ses bras et jambes actionnés hydrauliquement, Atlas embarquait une pompe hydraulique. La précision de ses mouvements était rendue possible par un asservissement de position et un contrôle de force au niveau de chaque articulation.

Ceci dit, l’équilibre d’Atlas était encore précaire. C’est ce qu’a souligné à l’époque Gill Pratt qui était responsable du programme de la DARPA. Comparant le prototype Atlas de 2013 à un enfant, il a déclaré: « un enfant de 1 an peut à peine marcher, un enfant de 1 an tombe beaucoup… c’est là où nous en sommes en ce moment ». Malgré tout, comme le montrent les vidéos suivantes (en haut celle de juillet 2013 et en-dessous celle d’octobre 2013), la motricité du robot était prometteuse.

Vous avez certainement noté dans ces vidéos les capacités déjà étonnantes de la version 2013 d’Atlas. Atlas était capable de contrôler son équilibre, y compris en étant sur une jambe. Il pouvait même se maintenir debout malgré des chocs latéraux. Il pouvait aussi avancer sur un tapis roulant sans tomber et percevoir son environnement grâce à ses capteurs et à un algorithme dédié. Durant ces tests, le robot était toutefois alimenté par une source d’énergie électrique externe via un connecteur. L’humanoïde était aussi connecté à un ordinateur externe (en plus de sa carte de contrôle en temps réel embarquée) et réagissait aux commandes émises par un opérateur humain.

Le tableau ci-dessous récapitule certaines des caractéristiques techniques du robot Atlas de 2013. La liste des éléments constitutifs du robot n’est pas exhaustive.

Dimensions Hauteur: 74in soit 188cm

Profondeur: 22in soit 56cm

Largeur: 30in soit 76cm

Poids du robot 330lbs soit 150kg
Structure Aluminium et titane
Énergies Électrique: alimentation externe

Hydraulique: pompe embarquée

Capteurs Tête: LIDAR, vision stéréoscopique et capteurs électroniques dédiés

Membres: asservissement de position et contrôle de force

Articulations 28 articulations à commande hydraulique
Communication Liaison filaire

L’ÉVOLUTION D’ATLAS EN 2015

En vue de la finale du « DARPA Robotics Challenge » en juin 2015, la DARPA a fait appel à Boston Dynamics pour améliorer l’efficacité énergétique d’Atlas, doter le robot d’une alimentation embarquée et d’une communication sans fil, renforcer ses membres, augmenter sa résistance et améliorer son apparence. Au final, environ 75% du robot a été reconstruit. Seuls les jambes et les pieds du modèle de 2013 ont été conservés.

Parmi les modifications effectuées, citons les épaules et les bras d’Atlas qui ont été repositionnés afin de permettre au robot d’augmenter sa zone d’action et de voir ses mains lorsqu’elles sont en mouvement. Les actionneurs dans la hanche, le genou et le dos ont été redimensionnés afin d’augmenter la force du robot. Un degré de liberté supplémentaire a été ajouté au niveau des poignets: ainsi Atlas pouvait maintenant tourner une poignée de porte par simple rotation du poignet. Grace à de nouveaux bras inférieurs, l’humanoïde a gagné en force et dextérité. Sur le plan électronique, Atlas version 2015 a été doté de trois cartes embarquées ayant pour rôle le traitement de la perception et la planification des tâches. Il possédait aussi un routeur dans sa tête pour permettre une communication sans fil. Sur le plan de la sécurité, il intégrait désormais un arrêt d’urgence sans fil.

Le robot Atlas version 2015
Le robot Atlas version 2015

Mais les changements majeurs ont surtout concerné l’alimentation électrique et la nouvelle pompe hydraulique du robot. Parlons tout d’abord de la source d’énergie électrique. Atlas version 2015 embarquait une batterie au lithium-ion de 3,7kWh. Le robot pouvait ainsi assurer en toute autonomie énergétique une mission mixte (c’est à dire comprenant différentes configurations comme la marche, la position debout, l’utilisation d’outils et d’autres mouvements) durant une heure d’affilée. Atlas a aussi été doté d’une nouvelle pompe hydraulique à pression variable.

Comme l’a fait remarqué Gill Pratt, cette modification permettait un fonctionnement plus efficace du robot tout en constituant un défi technique pour les participants au « DARPA Robotics Challenge »: « l’opérateur pourra faire fonctionner le robot avec un réglage de pression moyenne pour la plupart des opérations pour économiser de l’énergie, puis appliquer des sursauts de pression maximale lorsqu’une force supplémentaire est nécessaire. Les équipes vont devoir trouver le juste équilibre entre la force et la durée de vie de la batterie pour terminer le parcours. » Précisons qu’avec cette nouvelle pompe, Atlas était aussi plus silencieux. La vidéo suivante, datant de janvier 2015, présente ce nouveau prototype (en anglais).

L’ajout de la batterie et le remplacement de la pompe hydraulique n’ont pas alourdi notablement le robot. L’utilisation de matériaux plus légers dans la conception d’Atlas ont compensé partiellement le surplus de poids. Du coup l’humanoïde de 2015 pesait 156,5kg soit à peine plus que celui de 2013. Sa taille était toujours de 1,88m.

Dans le tableau suivant sont énumérées certaines des nouvelles caractéristiques du robot.

Dimensions Hauteur: 188cm
Poids du robot 156,5kg
Énergies Électrique: batterie au lithium-ion de 3,7kWh

Hydraulique: pompe à pression variable

Capteurs Tête: LIDAR, vision stéréoscopique et autres capteurs

Membres: asservissement de position et contrôle de force

Contrôle 3 cartes électroniques embarquées
Articulations 28 articulations à commande hydraulique

Rotation des poignets

Communication Sans fil

ATLAS NOUVELLE GÉNÉRATION DE 2016

La version 2016 d’Atlas est caractérisée par une motricité et une agilité bien supérieures à celles des modèles précédents. Le robot présenté le 23 février 2016 était aussi plus petit et plus léger que son prédécesseur: 1,75m de hauteur pour 82kg. Depuis, la structure d’Atlas a encore été optimisée: son constructeur annonce désormais une taille de 1,50m pour un poids de 75kg! La diminution de son poids s’explique notamment par l’utilisation de pièces imprimées en 3D pour sa conception, comme le précise Boston Dynamics sur son site internet. Malgré cette constitution relativement légère et compacte, le robot est capable de transporter des charges.

Dans la vidéo de février 2016 on voit Atlas déplacer et poser sur des étagères des cartons pesant 10lbs soit 4,5kg. Mais dans les caractéristiques techniques évoquées par Boston Dynamics sur son site il est désormais question d’une charge utile de 11kg. Voyons (ou revoyons) la vidéo de début 2016 qui montre les aptitudes étonnantes de cette nouvelle version d’Atlas et qui indique implicitement qu’il pourra être développé pour des applications civiles.

En regardant cette vidéo, on ne peut que constater tout le chemin effectué depuis le premier modèle d’Atlas! Non seulement le robot a le sens de l’équilibre mais il sait aussi se relever après une chute et poursuivre sa mission comme si de rien n’était. Le système de contrôle du robot coordonne les mouvements des bras, du torse et des jambes. Contrairement à la DARPA, Boston Dynamics communique peu sur les solutions techniques retenues pour l’évolution de l’humanoïde. Nous savons que pour ses mouvements, Atlas version 2016 utilisait toujours 28 articulations à commande hydraulique. Sa perception de l’environnement était rendue possible par un LIDAR et une vision stéréoscopique. On peut supposer l’utilisation de nombreux autres capteurs non mentionnés. Il semble aussi évident que l’algorithme utilisé par le robot a été optimisé notamment pour le contrôle de l’équilibre et de la dynamique.

Masayoshi Son, PDG de SoftBank Group Corp, a déclaré concernant les membres de l’équipe de Boston Dynamics: « Je suis ravi de les accueillir dans la famille SoftBank et je suis impatient de les soutenir car ils continuent à faire progresser le domaine de la robotique et d’explorer des applications qui peuvent contribuer à rendre la vie plus facile, plus sûre et plus enrichissante »

Vue globale du robot Atlas version 2016
Vue globale du robot Atlas version 2016

ATLAS: UN ROBOT EN CONSTANTE ÉVOLUTION

Le robot Atlas continue d’évoluer technologiquement et fait l’objet d’études poussées. C’est ainsi que l’Institute for Human and Machine Cognition (IHMC) de Floride a encore amélioré l’algorithme de l’humanoïde afin qu’il soit capable de se déplacer sur un terrain très accidenté. Leur travail a porté sur une version d’Atlas antérieure à celle de 2016 mais le résultat obtenu n’en constitue pas moins une avancée.

Ainsi, dans la vidéo suivante publiée par l’IHMC le 29 novembre 2016, on voit Atlas évoluer sur des parpaings posés de façon à n’offrir qu’une ligne de contact au robot. Bien que ne pouvant pas poser son pied à plat sur les arêtes de ces parpaings, Atlas conserve son équilibre. Cela est d’autant plus intéressant lorsque l’on sait qu’Atlas n’avait dans cet essai aucune connaissance sur la géométrie des contacts à venir avant de marcher et de franchir ces points de contact. L’algorithme développé utilise entre autres le moment cinétique du haut du corps du robot pour maintenir l’équilibre pendant les étapes difficiles du franchissement.

La vidéo postée sur Youtube par Boston Dynamics en novembre 2017 montre Atlas accomplissant de nouvelles prouesses. Le robot est en effet capable de faire des bonds successifs sans tomber. On le voit sauter sur une plateforme qui doit faire au moins 60cm de hauteur (si on la compare à la taille d’Atlas dans la vidéo: 1,50m). Clou du spectacle, Atlas fait un salto arrière et se réceptionne sans difficulté!

La fin de la vidéo montre néanmoins que ses réceptions ne sont pas toujours aussi réussies. De plus, on constate que le robot ne marche à aucun moment mais se déplace uniquement par sauts. On peut donc supposer que l’algorithme implanté est différent de celui d’une marche bipède et que le robot ne peut pas intégrer pour l’instant les deux modes de fonctionnement. Toujours est-il que cette vidéo témoigne d’une avancée marquante de la robotique. Atlas se révèle être une fois de plus un outil de recherche et de développement exceptionnel. L’entreprise Boston Dynamics, quant à elle, a confirmé sa position de leader en robotique humanoïde.

QUELQUES CARACTÉRISTIQUES D’ATLAS

Concernant les caractéristiques récentes d’Atlas, sont répertoriées dans le tableau suivant les données transmises par Boston Dynamics. Vu l’évolution constante du robot, les spécifications techniques de 2016 et 2017 ont été différenciées. Lorsqu’il n’y a pas de date mentionnée, les caractéristiques sont celles de 2016. On peut penser que certaines solutions technologiques sont identiques au robot de 2015, mais en l’absence d’informations vérifiables elles ne sont pas indiquées.

Dimensions Hauteur 2016: 175cm

Hauteur 2017: 150cm

Poids du robot 2016: 82kg

2017: 75kg

Énergies Électrique via une batterie

Hydraulique

Capteurs Tête: LIDAR, vision stéréoscopique et autres capteurs
Charge utile
2017: 11kg
Articulations 28 articulations à commande hydraulique
Communication Sans fil

L’AVENIR D’ATLAS LIÉ À SOFTBANK

Le 9 juin 2017, SoftBank Group Corp a officiellement annoncé l’acquisition de Boston Dynamics. Masayoshi Son, PDG de SoftBank Group Corp, a déclaré concernant les membres de l’équipe de Boston Dynamics: « Je suis ravi de les accueillir dans la famille SoftBank et je suis impatient de les soutenir car ils continuent à faire progresser le domaine de la robotique et d’explorer des applications qui peuvent contribuer à rendre la vie plus facile, plus sûre et plus enrichissante. » Le projet Atlas va donc encore certainement évoluer et apporter son lot d’innovations technologiques, ce qui entrainera la mise à jour de cet article. Espérons que ce soit effectivement afin de rendre « la vie plus facile, plus sûre et plus enrichissante ». Il est certain que ce robot pourrait trouver de nombreuses applications utiles dans la robotique civile.

POUR EN SAVOIR PLUS SUR BOSTON DYNAMICS

Voici le site internet de Boston Dynamics: http://www.bostondynamics.com/

Cyril Mottet

©univrobot

Crédit photo (image à la une, modifiée): The Kansas City Star (Wikimedia Commons)

Crédits photos (article de haut en bas): DARPA, DARPA, David Carrero Romero (Wikimedia Commons)

Crédits vidéos (de haut en bas): DARPA (Youtube), Boston Dynamics (Youtube), DARPA (Youtube), Boston Dynamics (Youtube), DRCihmcRobotics (Youtube)

Dernière mise à jour: 22 novembre 2017

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