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2.2 Robotique collective

2.2.1 Le ramassage d’objets

Goss et Deneubourg (Goss and Deneubourg, 1991) montrent par des simula-tions comment un groupe de robots simples peut naviguer dans un espace inconnu, sans carte, reconnaissance visuelle ou points de rep`ere. Les robots ont une percep-tion inf´erieure `a la taille de leur espace et ils peuvent rencontrer des obstacles. Cette m´ethode, moins efficace que des syst`emes de guidage plus complexes, pr´esente des avantages de simplicit´e, de fiabilit´e et de flexibilit´e.

Le probl`eme trait´e est de faire ramasser des objets dispers´es dans une surface carr´ee et de les ramener au point central. Trois mod`eles de robots sont pr´esent´es : les deux premiers correspondent au fourragement individuel des fourmis. Le dernier mod`ele utilise des marquages temporaires ind´ependants de la d´ecouverte des objets.

Les trois mod`eles de robots ont les caract´eristiques suivantes en commun : – chaque robot est capable d’´eviter les obstacles ;

– la distance de d´etection des objets est r´eduite : un objet n’est d´etect´e que quand le robot est plac´e sur la mˆeme case ;

– la capacit´e de transport d’un robot est limit´ee `a un seul objet ;

– les limites de l’espace de recherche sont consid´er´ees comme des obstacles.

Le premier type de robot (dit Robot Basique : RB) pr´esente les caract´eristiques suivantes :

– il n’y a pas d’interaction avec les autres robots ; – la recherche d’objet est al´eatoire ;

– le retour au nid est direct : le robot re¸coit toujours le signal du nid sur l’espace de recherche ;

– le retour au nid s’effectue quand le robot a trouv´e un objet ou quand il abandonne sa recherche ;

– lors du retour au nid, le robot d´epose son objet et repart dans une direction al´eatoire mais `a une distance du nid ´equivalente `a celle de sa prise ant´erieure. Le deuxi`eme type de robot pr´esent´e (Robot avec M´emoire : RM) poss`ede certaines capacit´es suppl´ementaires dont la principale est la m´emorisation de l’emplacement de sa derni`ere d´ecouverte. Il y a alors deux fa¸cons de proc´eder :

1. d´eposer un signal sur le site de d´ecouverte. Puis retourner `a ce site par triangu-larisation avec le signal ´emis par le nid ;

2. m´emoriser l’angle et la distance par rapport au nid.

Le robot retourne au nid apr`es un certain temps de recherche infructueuse. Il est pro-gramm´e pour avoir un poids (0 < w < 1) associ´e `a sa capacit´e de m´emorisation. Pour des valeurs proches de 1, le robot a une m´emoire `a court terme et ne se rappelle que

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de la d´ecouverte la plus r´ecente. Pour des valeurs plus proches de 0, l’influence des d´ecouvertes ant´erieures est plus grande et la m´emoire du robot est plus importante. Ce type de robot s’inspire du comportement de fourragement de certaines esp`eces de four-mis dont on donnera un exemple d´etaill´e dans le chapitre 7 o`u nous nous int´eresserons aux fourmis de l’esp`ece Pachycondyla apicalis.

Le dernier mod`ele de robot (Robot Fabricant de Chaˆınes : RFC) s’´eloigne des inspi-ration biomim´etiques pour s’adapter `a des situations o`u le signal du nid est faible. Les robots doivent compter les uns sur les autres pour trouver leur chemin. Leur principales caract´eristiques sont les suivantes :

– les signaux sont de port´ee limit´ee ; – la recherche est al´eatoire ;

– ils poss`edent une estimation de la distance `a l’origine du signal ;

– quand un robot arrive `a la limite de sa perception d’un signal, il cherche un autre signal `a capter. Si un nouveau point d’´emission a ´et´e trouv´e, le robot continue sa prospection locale, sinon il se transforme en ´emetteur avec un num´ero d’une unit´e sup´erieure `a celui qu’il re¸coit ;

– Pour retourner au nid, le robot (( remonte )) les num´eros des ´emetteurs en sens

d´ecroissant. xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxxx xxxx xxxx xx xx xx xx xx xx xx xx xx 0 R1 R2 R3 R4 xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx xxxx xxxx xxxx xx xx 0 1 2 3 R4 xxxx xxxx xxxx xxx xxx xxx xxx xxx xxx (a) (b)

Fig. 2.1 – (a) Quatre robots fabricant de chaˆıne dans le rayon d’´emission du point central. (b) Les robots se sont d´eplac´es. R1, R2 et R3 se sont transform´es en ´emetteurs (balises). R4 peut explorer derri`ere l’obstacle grˆace au signal du 3.

En comparaison des deux premiers mod`eles, les robots RFC ne peuvent pas se perdre, sauf en cas de d´efaillance d’un robot-´emetteur, et leur exploration n’est pas limit´ee par la topologie de leur espace de recherche qui pourrait gˆener le retour au nid des robots de type RB et RM car ceux ci reviennent en ligne droite. Leur exploration est plutˆot limit´ee par leur nombre et donc par la longueur des chaˆınes qu’ils peuvent construire.

Pour traiter le cas o`u un robot ne peut savoir `a l’avance s’il percevra un signal ou non au pas suivant, celui-ci est capable de faire un pas en arri`ere s’il perd le contact. l’in-conv´enient de fabriquer une chaˆıne est que les robots constituant la chaˆıne deviennent inop´erants pour la recherche d’objets. De plus, quand un robot arrive en fin de zone, il devient ´emetteur ce qui fait que le dernier robot mobile qui sort de la zone devient ´

emetteur et plus aucun robot ne cherche.

Un certain nombre d’ajustements sont propos´es :

– les robots chercheurs peuvent abandonner avec une certaine probabilit´e ;

– la m´emorisation des robots ´emetteurs suivis pour revenir au nid permet de r´eutiliser ces ´emetteurs pour retourner sur le site de d´ecouverte ;

– les robots ´emetteurs poss`edent un compteur de passages qui d´ecroˆıt avec le temps et qui est augment´e `a chaque passage d’un robot charg´e d’un objet. En dessous d’un certain seuil, et quand aucun ´emetteur de num´ero sup´erieur n’est per¸cu, l’´emetteur rentre au nid.

Le r´esultat de la simulation montre que les robots `a m´emoire (RM) se sp´ecialisent sur des zones distinctes. Le nombre moyen de pas pour une d´ecouverte donne l’avantage aux robots `a m´emoire (RM) et surtout en petite ´equipe (10) par rapport aux plus grandes (50, 200). Viennent ensuite les robots fabricants de chaˆınes (RFC) en grande population. Quand des obstacles sont dispos´es, seuls les RFC peuvent capturer 75% des objets et ils le font l´eg`erement moins bien que sans obstacles.

Robots d´emineurs

Les micro-robots d´evelopp´es par McLurkin (McLurkin, ) au MIT sont con¸cus pour r´esoudre un probl`eme similaire au ramassage d’objets. Un de leurs principaux avantages est leur taille puisqu’ils peuvent tenir dans un cube de 2,6 cm de cˆot´e. Voici leurs caract´eristiques :

– 3 moteurs (2 pour le d´eplacement et 1 pour les mandibules) ;

– 17 capteurs (2 d´etecteurs IR, 2 capteurs de lumi`ere et des d´etecteurs de collision et de toucher pour la mandibule) ;

– 2 ´emetteurs IR, les communications sont omnidirectionnelles et de port´ee limit´ee. `

A l’aide de la d´efinition d’ensemble de couples stimulus-r´eponse, un certain nombre de comportements collectifs sont exp´eriment´es :

– le jeu du chat et de la souris (tag game) ; – le rassemblement et la dispersion des robots ; – le rassemblement en relais ;

– la poursuite (`a petite et moyenne distance) ;

– mesure de la densit´e de robots (chaque robot compte les robots qu’il per¸coit) ; – d´eplacement en essaim (les robots utilisent des bornes inf´erieures et sup´erieures

de la densit´e de robots les entourant).

L’application de ces robots est la destruction de mines anti-personnel qui peut ˆetre effectu´ee de diff´erentes mani`eres :

– chaque robot cherche une mine. Une fois celle-ci trouv´ee, le robot se place `a proximit´e et ´emet un signal indiquant sa d´ecouverte. Quand tous les robots sont en attente, un signal provenant de la base les fait s’autod´etruire. Le principal

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inconv´enient de cette m´ethode est que les robots deviennent ´evidemment inutili-sables ;

– Les robots rassemblent les mines en un lieu commun afin d’en faciliter la des-truction ou le d´esarmement. Cette m´ethode est difficile `a mettre en œuvre car le transport des mines est d´elicat ;

– Les robots d´eposent des charges explosives sur les mines qu’ils trouvent et se mettent `a l’abri quand le signal d’explosion des charges est ´emis ;