L'intelligence artificielle au service des robots industriels Apprentissage intelligent pour programmation simplifiée

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La jeune entreprise AICA, créée en 2019 et qui compte aujourd'hui 5 employés, a développé un logiciel doté d'intelligence artificielle pour la programmation et l'apprentissage des robots industriels. Lukas Huber, co-fondateur et CEO, a accepté de nous en dire plus.

Quelle a été la raison du développement d'un tel logiciel ?

L. Huber : Lors des projets de recherches en robotique à l'EPFL, nous étions en contact avec de nombreux industriels. Pendant nos échanges, il est vite apparu que ces entreprises étaient expertes en robotique en ce qui concerne le hardware, mais se heurtaient à des problèmes une fois venue la phase d'implémentation chez les clients. Cela demandait beaucoup d'efforts, l'investissement de nombreux experts et donc des coûts importants. On a également commencé à ressentir dans l'industrie suisse une tendance à vouloir des robots plus intelligents, au-delà de la machine « esclave », un robot qui amènerait encore plus de valeur ajoutée à la chaîne de production. De plus une étude a montré que 2/3 des personnes qui travaillent dans les usines ont peur d'utiliser un robot, car au moindre changement, aussi petit soit-il, il faut appeler un intégrateur et cela peut prendre plusieurs heures, voire plusieurs jours avant de pouvoir relancer le processus, ce qui est aussi un frein à l'investissement dans ce genre d'installation. Nous avons donc décidé de développer une solution qui permette de faciliter l'implémentation des robots dans l'industrie, en simplifiant leur programmation et en les rendant plus flexibles en termes d'adaptation aux tâches à accomplir. Par ailleurs, nous nous sommes rendu compte que souvent, en robotique, chacun développait dans son coin et donc repartait de zéro à chaque projet. Or, on retrouve un grand nombre de mouvements similaires, et donc de mêmes lignes de codes ou de mêmes algorithmes d'un projet à l'autre. La valeur ajoutée du logiciel que nous proposons chez AICA est sa composition sous forme de modules réutilisables et combinables, qui facilite la programmation. Notre but est que l'utilisation d'un robot devienne aussi simple que celle d'un smartphone.

Comment fonctionne votre logiciel exactement ?

L. Huber : Notre logiciel est destiné aux robots industriels et aux robots collaboratifs. Ces robots nécessitent en général un temps de programmation conséquent, et des connaissances expertes en robotique et en programmation. Notre logiciel permet de simplifier cette tâche et donc de simplifier l'implémentation d'un robot. Pour programmer le robot, pas besoin d'entrer dans le code : nous avons créé une librairie de modules, de blocs préprogrammés, que l'on peut assembler de manière graphique.

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L'intelligence artificielle intégrée au logiciel fonctionne grâce à la récolte de données de mouvements. C'est ce qui permet au robot d'apprendre jusqu'à suggérer lui-même en cas de légers changements sur un produit spécifique, un nouveau mouvement sur la base de cet apprentissage sous contrainte. En effet, on ne laisse pas le robot tenter n'importe quoi, il faut veiller à la sécurité de l'environnement, des personnes et des produits. Pour cela on peut fixer des paramètres à ne pas dépasser, telles que les forces à appliquer ou la plage de déplacement.

L'intelligence artificielle permet une simplification de la programmation du robot de deux manières : grâce à une aide tactile, ou par apprentissage basé sur l'expérience. Dans le cas de l'aide tactile, l'utilisateur prend littéralement le robot par la main, et effectue plusieurs fois le mouvement désiré, ce qui fonctionne très bien avec les robots collaboratifs. Le logiciel doté d'intelligence artificielle va apprendre le mouvement en enregistrant la trajectoire effectuée dans l'espace et les forces appliquées, et le répliquer. Il est difficile de programmer l'équivalent de la dextérité humaine sur un robot, et cette flexibilité d'apprentissage permet de simplifier cette tâche ardue. Cela s'avère particulièrement pratique pour les activités demandant une extrême précision, comme c'est le cas dans des domaines comme la microtechnique ou l'horlogerie. L'apprentissage par l'expérience, quant à lui, est très utile lors de légers changements sur la tâche à effectuer, comme par exemple le polissage d'un nouveau verre de montre. L'algorithme analyse les trajectoires de mouvements précédemment effectués, de forces précédemment appliquées, sur de précédents verres pour reprendre l'exemple, et calcule ce qui lui semble la nouvelle trajectoire optimale. L'utilisateur n'a donc plus qu'à apporter de légères corrections, jusqu'à validation de la trajectoire.

Quels sont vos principaux clients et domaines d'applications ?

L. Huber : On livre notre logiciel principalement en Suisse pour le moment, aux fabricants et intégrateurs de robots et de machines-outils avec robot intégré. Ce sont eux qui font la première programmation pour leurs clients, qui sont les utilisateurs finaux. Il reste néanmoins à ces utilisateurs la possibilité de facilement modifier cette programmation initiale en cas de légers changements sur leur ligne de production. Dans ces cas, comme expliqué, l'apprentissage par intelligence artificielle et la programmation visuelle grâce aux systèmes de modules réduit considérablement le temps de reprogrammation, et la rend accessible à toute personne travaillant dans la production, ayant la connaissance technique requise concernant les tâches à effectuer par le robot, mais qui n'est pas experte en robotique. L'interface utilisateur est simple, accessible sur une tablette.

Dans quels types d'industries votre logiciel est-il déjà implémenté ?

L. Huber : Nous avons actuellement plusieurs implémentations en cours. Nous couvrons pour le moment trois domaines industriels : les technologies médicales, les machines-outils, et l'horlogerie. Pour le premier, nous avons par exemple un robot dans un laboratoire pharmaceutique, qui couvre un rôle d'assistant en effectuant les tâches répétitives. Ainsi la valeur ajoutée que sont les compétences du personnel qualifié peut être utilisée pour les tâches de réflexion et de création. Au niveau des machines-outils, notre logiciel permet aux robots intégrés dans ces machines de réaliser une tâche dédiée à la production, comme par exemple le polissage ou le traitement des surfaces d'assemblage, et plus seulement la préhension et le déplacement des pièces à usiner. On est clairement dans une approche de Lean Management, avec une production plus intelligente et des processus que l'on peut alors regrouper. Dans le domaine de l'horlogerie et du micro-usinage, l'avantage de notre logiciel est la flexibilité qu'il apporte à la chaîne de production, tout en réduisant les coûts de mise en condition. À la suite des différentes crises et à l'avènement de la personnalisation des produits, la taille des séries de pièces à fabriquer pour l'industrie horlogère a diminué. Or il est impossible de produire des moyennes séries de grande qualité à des coûts raisonnables en Suisse sans automatisation, et faciliter l'adaptation de la ligne de production aux différentes pièces est donc une avancée majeure pour garder cette production ici.

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Votre logiciel est-il adaptable à tous types de robots ?

L. Huber : On s’est d’abord concentrés sur les robots qui sont utilisés en Suisse dans les domaines précédemment cités. Actuellement on travaille surtout avec les marques suisses Stäubli et ABB, mais aussi avec Kuka et Universal Robots. Mais la solution que nous proposons est agnostique, et peut être implémentée sur toutes les marques. Au niveau logiciel, il nous suffit pour intégrer un nouveau robot de programmer le driver nécessaire, c’est tout. L’intégration est donc relativement rapide, d’autant que la tendance actuelle des marques de robots est à l’ouverture des interfaces logiciel pour pouvoir s’adapter aux besoins du marché.

Quels types de problèmes avez-vous rencontré jusqu'à présent lors de l'implémentation de votre logiciel ?

L. Huber : On se heurte parfois à la vision erronée que peuvent avoir les gens des robots. La société a peur que les robots prennent la place de l'humain. C'est un sentiment assez exacerbé en Occident, peut-être à cause des films de science-fiction. En Asie, les robots sont plus vus comme des outils partenaires. Les robots, même avec l'intelligence artificielle, n'égaleront pas de mon point de vue l'être humain, ne serait-ce que par notre capacité de réflexion, notre perception de l'environnement, notre capacité à donner du sens au monde qui nous entoure. Or parfois, c'est ce qu'on nous demande : fournir un robot équivalent à un humain. Or on se heurte à des limitations techniques. Les algorithmes sont de plus en plus avancés, les robots sont de plus en plus flexibles et peuvent faire de plus en plus de choses, mais il est impossible de poser un robot quelque part et de penser qu'il va s'adapter tout seul à son environnement. Il fera ce qu'on lui demande de faire, d'une manière encore plus flexible, plus intelligente, plus précise, mais il reste une machine avec ses limitations intrinsèques. Alors le but est d'explorer ses limitations pour essayer de s'en affranchir, et qui sait ce qui sera possible dans le futur. Mais pour le moment par exemple, il faut encore préparer l'environnement de travail du robot pour que le robot puisse effectuer sa tâche correctement. Contrairement à un être humain par exemple, un robot se heurte à des problèmes de préhension quand il s'agit de sortir des petites pièces en vrac dans une boîte. Le robot a besoin de plus de structure. L'être humain va pouvoir prendre la pièce, l'orienter dans le bon sens, la positionner au bon endroit. Malgré des algorithmes sophistiqués, c'est une tâche encore très difficile pour un robot.

Il y a donc encore beaucoup à faire en robotique ! Quelle est votre ligne directrice pour le futur ?

L. Huber : Sur le moyen terme nous allons continuer à implémenter de nouveaux modules et encore améliorer la facilité d'utilisation des robots, car cela motive les industries à investir sans peur que le robot devienne obsolète chaque fois qu'elles changent de produit. Et comme nous commençons à être bien intégré dans l'industrie suisse, nous souhaitons nous ouvrir à l'international, ce qui nous aidera à approcher d'autres industries, telles que l'automobile, l'emballage, l'agroalimentaire. Sur le long terme, nous espérons nous impliquer beaucoup plus dans l'assistance dans la vie quotidienne et dans le domaine médical, par exemple pour les opérations chirurgicales.

MSM

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