Robotique Le robot humanoïde comme coéquipier dans l'industrie

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Fondateur et CEO de Westwood Robotics, Dr Xiaoguang Zhang conçoit des robots humanoïdes non pas comme des répliques de l'humain, mais comme des coéquipiers industriels. Un positionnement pragmatique qui résonne entre autre avec les enjeux de l'industrie MEM suisse : pénurie de main-d'œuvre, coûts salariaux élevés, et quête de flexibilité.

Les technologies émergentes ne s'apprennent pas sur les bancs de l'université. Comment en êtes-vous venu à la robotique humanoïde, et comment votre parcours vous a-t-il mené jusqu'à la création d'une entreprise ?

Comme beaucoup de gens de ma génération, j'ai grandi avec les films de science-fiction et leurs robots emblématiques comme R2-D2, C-3PO, sans oublier tous ceux des dessins animés japonais. Je regardais tout cela avec émerveillement, et c'est ce qui m'a donné envie de devenir ingénieur. Au fil de mes études, jusqu'à mon doctorat en robotique à l'UCLA (University of California, Los Angeles) en 2014, j'ai réalisé que l'éventualité de l'existence de ces robots n'appartenait plus au domaine du rêve. Avec mes connaissances, je pouvais construire quelque chose de mes propres mains, concrétiser mes idées, et véritablement aider les gens. À l'époque cependant, la technologie était radicalement différente. Nous n'avions pas l'IA telle qu'on la connaît aujourd'hui, et tout reposait sur une approche « à l'ancienne », si je puis dire : les outils mathématiques et physiques, les algorithmes, l'instrumentation de contrôle... Les robots industriels existaient déjà, mais les robots humanoïdes restaient très difficiles à concevoir : coûteux, complexes à construire, et plus encore à contrôler.

Quand a eu lieu le moment de bascule ?

Nous avons participé à un défi où tous les grands robots échouaient sur les tâches les plus simples. À l'accomplissement de la simple tâche d'ouvrir une porte par exemple, les robots basculaient. C'est à ce moment que nous avons douté de la réelle faisabilité des robots humanoïdes. Nous avons donc changé de direction et nous sommes tournés vers des plateformes plus stables, comme les robots quadrupèdes : avec quatre pattes, on ne tombe jamais. Mais l'idée de l'humanoïde était toujours ancrée en moi. En travaillant sur le quadrupède, nous avons développé de nouvelles technologies d'actionnement, offrant une meilleure mesure du couple, une meilleure conformité, et une réponse plus rapide. Nous avons aussi fait évoluer nos méthodes de contrôle : à partir de nos travaux antérieurs, nous avons dérivé un contrôleur corps entier (whole-body controller), permettant un mouvement plus dynamique, ainsi que des méthodes de contrôle par apprentissage par renforcement, c'est-à-dire qu'on entraîne le robot dans une sorte de gymnase virtuel, ce qui lui permet d'apprendre à marcher. Avec les nouvelles technologies à disposition, l'avenir de l'humanoïde s'est éclairée, et c'est alors en 2018 que j'ai créé Westwood Robotics.

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Dans votre vision, à quoi servent les robots humanoïdes ?

Bien que nous construisions des robots humanoïdes, nous nous concentrons avant tout sur la partie robot. S'ils ressemblent à l'humain, c'est parce que l'environnement et les tâches auxquels nous les destinons l'exigent, pour plus d'efficacité et de pertinence. Mais nous les considérons comme des outils d'automation avant tout, apportant de la prévisibilité, et comme des coéquipiers travaillant aux côtés des personnes. L'objectif est de soulager l'humain des tâches physiques répétitives, en particulier des travaux dangereux et pénibles que personne ne souhaite accomplir. Dans certains pays comme le Japon, confrontés à une forte pénurie de main-d'œuvre et au vieillissement de la population active, un robot humanoïde peut réellement devenir en atout extrêmement important.

Ce positionnement est-il plutôt tourné vers le B2B ou le B2C ?

Le B2B, pour l'instant. Honnêtement, je ne pense pas que le robot humanoïde grand public soit une bonne idée, tout du moins à l'heure actuelle. Au-delà des défis techniques, il existe des enjeux non techniques non négligeable comme la vie privée, notamment. Imaginez un robot qui filme votre domicile. On vous dira que c'est pour accomplir sa tâche et que rien de ce qui est filmé n'est sauvegardé, mais qui peut le garantir ? En outre, si ce robot casse quelque chose : qui paie ? Dans un cadre domestique, pour le moment, un robot humanoïde génèrerait de mon point de vue plus de problèmes qu'il n'en résoudrait.

On entend de plus en plus parler de robots capables de raisonnement fondé sur l'IA. Est-ce la direction que vous suivez ?

La partie « raisonnement » de l'IA, c'est simplement la manière dont le robot appréhende le monde et les tâches qui lui sont confiées. L'intérêt d'un robot humanoïde, ce n'est pas une utilisation dans un environnement industriel figé, avec une routine prédéfinie et prévisible. Un tel robot apporte un réel avantage dans un contexte en perpétuel changement : le poste de travail évolue, les objets bougent, les personnes se déplacent, l'imprévu est constant. Il faut donc la puissance de l'IA pour raisonner : « que suis-je censé faire face à ce qui se présente devant moi ? » Grâce à l'IA, les robots sont désormais capables de raisonner, et ne sont plus uniquement programmés pour du pick and place ou d'autres applications élémentaires.

Vous présentez THEMIS, votre robot humanoïde, comme un robot polyvalent. Que recouvre ce terme ?

Tout d'abord une petit précision : THEMIS est une « elle ». Notre robot est nommé en référence à l'une des plus anciennes Titans, une déesse grecque. Nous la qualifions de robot humanoïde polyvalent parce que nous cherchons à la déployer dans de multiples secteurs, sans nous limiter à une application unique.

Cette polyvalence repose sur trois capacités fondamentales. La première : saisir n'importe quel objet et le déposer n'importe où. La deuxième : se déplacer partout où un humain peut aller. La troisième : manipuler des éléments simples afin de rendre possibles les deux premières, comme par exemple ouvrir une porte pour passer, ouvrir un tiroir, ou encore actionner un ascenseur. Avec ces trois capacités, nous estimons être déjà en mesure de résoudre de nombreux problèmes et d'apporter une aide concrète dans plusieurs industries.

Au-delà de la capacité à se contrôler de manière stable, deux enjeux majeurs se dégagent : la navigation et l'interaction. La navigation, c'est-à-dire être capable de se déplacer dans son environnement de manière sécurisée pour rejoindre une cible, est un point déjà très bien maîtrisé, car cette technologie est déjà très mature avec les AMR (Autonomous Mobile Robots), largement utilisés aujourd'hui. L'interaction, en revanche, est notre véritable axe de travail. J'entends par là la capacité à reconnaître une cible définie, à déterminer comment la manipuler ou la saisir, puis à poursuivre la tâche.

Comment entraînez-vous le robot ?

Notre architecture comprend trois éléments distincts et isolés : le robot, un système d'exploitation humanoïde augmenté par l'IA que nous appelons AOS pour AI-augmented humanoid OS, et les tâches. L'AOS fonctionne comme un système d'exploitation classique et joue le rôle de passerelle. Cela signifie que la partie robot est interchangeable : notre robot, celui d'un tiers, une configuration différente, même un robot sur roues, peu importe. L'AOS peut être directement déployé sur n'importe quel robot. Cela est possible parce que le contrôleur de l'AOS est fondé uniquement sur un modèle d'équations mathématiques (model-based). Nous extrayons directement les propriétés physiques du robot depuis un logiciel de conception comme SolidWorks, nous les injectons dans l'AOS, et le robot est immédiatement pris en charge. Tous les mouvements sont prêts, sans nécessiter d'entraînement.

Pour la partie interaction, un entraînement est nécessaire. Nous utilisons des réseaux de neurones avec une approche centrée sur l'objet. Nous nous intéressons à la manière dont l'objet doit être déplacé, et non à la manière dont le robot doit bouger. Prenons un exemple : déplacer une tasse d'un point à un autre. Notre robot comprend « dans cette tâche, la tasse se déplace d'ici à là », et non « je déplace mon bras d'ici à là ». C'est ce que nous entraînons. Nous captons une courte démonstration humaine que nous stockons dans l'AOS, et notre modèle apprend de cette information. Nous pouvons ensuite remplacer la tasse par d'autres objets, comme un téléphone par exemple, ou n'importe quoi d'autre.

Quant à la définition des tâches à accomplir, nous travaillons main dans la main avec nos clients. Nous écoutons attentivement leurs besoins afin d'intégrer notre système de manière efficiente dans leur environnement.

Où en êtes-vous dans le développement vers une distribution de masse ?

L'an dernier, nous avons distribué environ 50 unités. Cette année, nous visons entre 200 et 1000 unités. Je considère donc que nous sommes encore à un stade précoce du cycle de développement de notre produit. En termes de volume de production, si nous parvenons à déployer quelques centaines d'unités cette année, nous espérons au moins multiplier ce chiffre par dix l'année suivante. Notre courbe de croissance est rapide. Le plus difficile est toujours le démarrage, mais une fois le système stabilisé, tout devient une question de mise à l'échelle et de multiplication. Nous travaillons par exemple avec un client au Japon sur une application logistique. Nous commençons avec quelques robots, mais ce client possède des dizaines d'entrepôts logistiques immenses et une fois notre déploiement stabilisé, il suffira de le répliquer à l'échelle.

La production de masse n'est pas un obstacle pour nous : nous disposons d'une usine en Chine, et produire en Chine aujourd'hui n'a rien de compliqué. Le véritable enjeu à l'heure actuelle, c'est que nous faisons évoluer nos robots si rapidement, quasiment tous les 3 ou 4 jours, qu'il serait absurde de lancer une production de masse sur un modèle appelé à changer la semaine suivante.

Nous produisons donc par petits lots, que nous déployons auprès de nos partenaires et clients. Le plus important, c'est le processus d'appropriation mutuelle : nous devons cerner leurs besoins et adapter notre système à leur configuration, et eux doivent aussi s'adapter à la nôtre. La capacité de production de masse, nous l'avons ; mais à ce stade, il n'est pas nécessaire d'y investir.

Combien de temps faut-il posséder un robot pour qu'il s'amortisse en coûts de main-d'œuvre économisés ?

Tout dépend de l'utilisation que vous en faites. Aujourd'hui, l'unité se vend autour des 30 000 dollars. Nous visons 20 000 dollars d'ici la fin de l'année, et la moitié de ce prix d'ici trois ans.

Dernière question, plus philosophique peut-être : pourquoi votre robot humanoïde THEMIS ressemble-t-il davantage à un robot qu'à un humain ?

C'est une question essentielle. Deux écoles s'opposent dans le monde. Certains cherchent à rendre le robot aussi proche de l'humain que possible. D'autres, comme nous, assumons un robot qui a l'air d'un robot. Notre philosophie est de créer des coéquipiers et une force de travail pour l'humain. La personne qui travaille aux côtés de notre robot ne doit pas se sentir intimidée, ni penser : « voilà une réplique de moi, qui prend mon poste, et fait mieux que moi. » Je veux qu'elle se dise simplement : « c'est un robot, il fait un travail de robot, et moi je fais le mien. » Un robot, humanoïde ou non, est un outil, un assistant d'automation voué à aider le travailleur, et non à le remplacer.

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