Essaims de robots collaboratifs sans communication numérique – RoboSCo

Le projet proposé en réponse à l'appel à projet ASTRID ASRO 2021 porte sur les mécanismes de perception et de prise de décision de robots évoluant dans un essaim mais ne disposant pas de moyens de positionnement absolu ni de communications numériques. L'objectif est d'étudier :

-les mécanismes et algorithmes de perception permettant à un essaim de robots autonomes de se localiser et de comprendre un environnement dense et changeant rapidement sans utilisation de système externe de positionnement, le tout avec des ressources embarquées en calcul limitées au sein de chaque robot.

- les mécanismes et algorithmes de prise de décisions stratégiques individuels permettant d'aboutir à une stratégie collective cohérente dans un environnement interdisant les communications numériques et en évolution très rapide.

Ces deux objectifs scientifiques ont un but : se rapprocher des mécanismes de perception et de prise de décision dont dispose un être humain de manière à augmenter la robustesse de l'essaim de robots au brouillage des communications numériques et de permettre une interaction de celui-ci avec des humains. C'est pour cette raison, par mimétisme avec les humains, que le cadre de travail du projet introduit une contrainte vertueuse en interdisant l'usage des communications numériques, qu'elles soient entre robots et sous toutes leurs formes (radio, LIFI, ultra-sonique...) ou de type Global Navigation Satellite Systems (GNSS).

Ce contexte d'absence de communication numérique ne signifie pas pour autant une absence totale de communication. A l'instar des humains, le positionnement sur le terrain et les actions effectuées seront autant de signaux pouvant être utilisés par les autres robots comme une information porteuse de sens sur le comportement du robot en question. Cela conduit donc à de nouveaux modes de communications parcimonieuses permettant une collaboration au sein de l'essaim de robots sans liaison radio, et offrant des perspectives d'interactions avec les humains. De nombreux champ applicatifs sont concernés : militaires bien entendu mais également civils tels que dans les hôpitaux où vont être amenés à collaborer dans un futur proche des robots issus de fabricants différents et des humains.

Cette collaboration sans communication numérique requiert une capacité de perception accrue de chacun des robots par rapport à son environnement pour pallier l'absence de GNSS. La recherche d'algorithmes innovants en intelligence artificielle permettant à un robot de se repérer dans son environnement et de comprendre l'état du théâtre d'opération et son évolution, tout en disposant de ressources en calcul embarqué limitées et sans GNSS, sera donc un des axes forts du projet.

Cette absence de communication numérique conduit également chaque robot de l'essaim à disposer d'une information asymétrique, partielle et incertaine. La recherche d'algorithmes de prise de décision individuelle dans le but de contribuer à une stratégie de groupe cohérente sans disposer de communication numérique}, dans un contexte en évolution rapide et permanente sera le second axe fort de ce projet.

Ces deux axes principaux de recherche seront conjointement testés et validés dans le projet à l'aide d'outils de simulation d'une part, mais également en situation réelle dans le contexte de matchs de football utilisant des robots autonomes de type RoboCup (catégorie Middle Size League). Ce projet s'appuiera en effet sur l'expérience et les acquis de l'équipe de robotique de l'Université de Toulon, seule équipe française qualifiée et participant depuis 2018 à la coupe du monde de robotique (RoboCup) en catégorie Middle Size League.