Des scientifiques suisses ont construit un robot quadrupède capable de jouer au badminton contre des adversaires humains. ANYmal-D montre qu’il est possible de programmer la coordination œil-main en robotique, une fonctionnalité qui s’est révélée difficile à reproduire jusqu’à présent.
Pourquoi les chercheurs ont créé ce robot
Les membres robotiques ont évolué pour offrir une mobilité et une dextérité impressionnantes, mais la véritable difficulté consiste à les synchroniser avec des capteurs visuels capables de simuler des réflexes ultrarapides : une fonction essentielle pour des tâches comme attraper un projectile ou l’éviter. La combinaison humaine des yeux, du système nerveux et du cerveau s’est généralement montrée bien plus performante pour ce type de mise au point rapide et de traitement visuel accéléré.
Néanmoins, une équipe de recherche de l’ETH Zürich s’est donné pour objectif de développer un robot doté de réflexes suffisamment rapides pour servir de partenaire sportif à un humain. Selon leur article publié dans Science Robotics, ANYmal-D repose sur une plateforme à quatre pattes développée à l’origine par l’entreprise suisse de robotique ANYbotics pour une utilisation dans des environnements industriels.
L’équipe a ajouté un bras dynamique pour tenir une raquette, ainsi qu’une caméra stéréoscopique pour suivre le volant en mouvement, en plus d’autres informations sur l’environnement nécessaires. Elle a ensuite entraîné le contrôleur d’ANYmal-D — le « cerveau » qui traite les informations des capteurs et envoie des commandes aux moteurs ou aux actionneurs — à l’aide d’algorithmes d’apprentissage par renforcement.
Ces algorithmes permettent au robot d’essayer des actions dans un environnement virtuel et d’apprendre des stratégies de mouvement efficaces grâce à des récompenses et des pénalités utilisées comme retour d’information. En l’occurrence, l’environnement virtuel était un court de badminton, et le robot s’en est servi pour apprendre plusieurs compétences, notamment prédire la trajectoire du volant et ajuster sa caméra pour le suivre.
ANYmal-D a été équipé d’un « modèle de bruit de perception » qui lui a permis de comparer ses expériences d’apprentissage simulées avec des données en temps réel lorsqu’il affrontait des adversaires humains. Grâce à ce processus, ANYmal-D a appris à se repositionner vers le centre du court après chaque frappe et à se dresser sur ses pattes arrière pour offrir à sa caméra une meilleure vue du volant.
Il n’essayait pas non plus de renvoyer le volant si cela risquait de le blesser. Le chercheur Yuntao Ma a expliqué qu’une des principales leçons qu’ANYmal-D devait apprendre consistait à trouver la bonne vitesse en s’approchant du volant.
« Quand il se déplace lentement, les chances de réussir son coup sont plus faibles », a déclaré Ma à Ars Technica. « Quand il se déplace rapidement, la caméra tremble, ce qui augmente la marge d’erreur dans le suivi du volant. C’est un compromis, et nous voulions qu’il apprenne à résoudre ce type de compromis. »
ANYmal-D a finalement appris à frapper 10 volants successifs au cours d’un échange contre un adversaire humain et peut atteindre une vitesse maximale d’exécution du geste de 12,06 m/s, démontrant la faisabilité de robots autonomes capables de pratiquer un sport comme outils d’entraînement pour les athlètes.
Cependant, son temps de réaction reste limité par plusieurs facteurs : un champ de vision restreint qui limite la durée pendant laquelle il peut suivre le volant, la marge d’erreur de positionnement introduite par sa caméra et la vitesse maximale de ses actionneurs. ANYmal-D peine donc à renvoyer les frappes rapides ou agressives, mais ces limites pourraient être réduites grâce à des améliorations matérielles.
D’autres façons d’utiliser cette méthode de recherche
« Au-delà du badminton, cette méthode fournit un modèle pour déployer des manipulateurs sur pattes dans d’autres tâches dynamiques où une perception précise et des réactions rapides de l’ensemble du corps sont toutes deux essentielles », ont déclaré les chercheurs dans un communiqué.
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