Titre du stage : Exploration de zones à risque par un essaim de robots mobiles
Encadrant :
LTCI : Claude Chaudet (claude.chaudet@enst.fr), maître de conférences LTCI LIP6 : Maria Potop-Butucaru (maria.gradinariu@lip6.fr), professeur LIP6 (NPA),
Sébastien Tixeuil (sebastien.tixeuil@lip6.fr) professeur LIP6 (NPA) Laboratoires participants : LTCI & LIP6
Axe thématique dans le cadre du labex SMART : Axe 4 : Environnement autonomes distribué pour la mobilité
Description du sujet :
Les réseaux de robots constituent un pôle de recherche émergent dans le domaine plus général de l'informatique distribuée, qui a reçu une attention considérable ces dernières années, à la fois de la part de la communauté académique mais aussi de la communauté industrielle. Les robots fourmis, constructeurs ou ménagers font partie désormais de notre vie et réalisent des tâches de plus en plus complexes. L'époque des robots coûteux, travaillant seuls où sous le contrôle d'une autorité centralisée, tend progressivement à laisser la place à des réseaux de robots collaboratifs pour résoudre de nouveaux types de problèmes. Les applications immédiates de ces réseaux (exploration de zones à risque ou bien inaccessibles, opérations de sauvetage, surveillance de lieux sensibles) les rendent extrêmement attrayants, d'autant qu'ils représentent également une source de problèmes difficiles pour l'algorithmique répartie.
En systèmes répartis les réseaux de robots ont été souvent abordés d'une manière empirique et la plupart des résultats ont été validés uniquement par simulation. Les études théoriques ont été réalisées en supposant un modèle très peu réaliste : des robots sans volume ayant une vision globale du monde. Cette approche pose de nombreux problèmes lorsqu'on considère des robots réels à cause des collisions (pouvant survenir entre des robots réels), de la vision qui peut être partielle (due à la présence d'obstacles ou des robots eux-mêmes) ou des couches de communication qui peuvent introduire délais, asynchronisme et pertes d'information, allongeant le temps de convergence des algorithmes [2].
L'objectif du stage est de faire le lien entre l'algorithmique répartie, les réseaux et les problèmes spécifiques aux réseaux de robots. Nous nous intéressons plus particulièrement à la conception de services répartis et tolérants aux fautes pour l'exploration de zone par un essaim de robot auto- organisant. Le stage sera structuré comme suit :
• Modélisation de l'essaim et de la communication robots-robots (1 mois). Nous allons nous appuyer sur des travaux déjà existants dans l'équipe. Nous allons enrichir les modèles existants par la prise en compte de l'aspect volumique des robots et aussi par l'intégration des imperfections de la communication dans les modèles répartis existants. Nous allons également modéliser un ensemble de pannes et défaillances que nous souhaiterions tolérer (ex. arrêt définitif d'un robot, communication défaillante, capteurs de vision défaillants).
• Briques de base algorithmiques nécessaires à l'exploration d'un terrain inconnu (3 mois). Dans cette phase nous allons procéder à la conception des briques algorithmique et protocolaires nécessaires à la mise en place d'un service d'exploration. Plus précisément
nous allons nous intéresser à la mise en place d'un service de dispersion avec maintenance de connectivité hybride (visuelle et/ou en communication). Cette brique sera intégrée dans un service de « flocking » en mode connecté. Les briques proposés seront tolérantes aux fautes et aux défaillances identifiées lors de la phase de modélisation.
• Expérimentation et rédaction du raport (2 mois). Les briques de base issues de la deuxième phase seront testées sur un ensemble de 6 wifibot, plateforme déjà disponible.
Complémentarité des équipes : L'équipe LIP6 est spécialiste dans la conception et la preuve d'algorithmes répartis tolérant les fautes et les défaillances. L'équipe LTCI est spécialiste dans la communication sans fil et la mobilité et dispose d'une plate-forme de robots mobiles.
Références bibliographiques :
1. Paola Flocchni, Giuseppe Prencipe, Nicola Santoro : Distributed Computing by Oblivious Mobile robots. Morgan & Clayton Plublishers, 2012.
2. : Konstantinos I. Tsianos, Michael G. Rabbat : Distributed Consensus and Optimization under Communication Delays , 49th Annual Allerton Conference on Communication, Control, and Computing, 2011
Demande de financement : 3000 euros (1 stage M2/6 mois + 500 euros environnement)
