Une brève histoire des robots

Photo Franck Latxague / Ingénieur, cofondateur et rédacteur en chef du site Humanoides.fr / July 18th, 2013

Les robots sont partout. Ils se sont introduits dans notre quotidien et nous assistent dans nos tâches sans même que l’on s’en rende compte. Ils existent sous différentes formes, matérielles ou logicielles. Ce sont nos aspirateurs autonomes, notre GPS, la ligne automatisée reliant la gare Saint-Lazare et la gare de Lyon, les moteur de recherche sur internet... De plus en plus d’entreprises et d’institutions s’équipent de robots. L’hôpital d’Annecy leur fait distribuer les médicaments des patients, des étudiants japonais les font aller en cours à leur place et l’abbaye de Cluny est en train de s’équiper d’un robot-guide pour les visiteurs. Mais à quoi ressemblaient les premiers d’entre eux ? Comment ont-ils évolué dans le temps ? Des statuettes animées au premier bras mécanique, retour sur près de 3000 ans d’histoire.

Il est difficile de se prononcer sur les premières traces de représentations tridimensionnelles du vivant. Néanmoins, des statuettes de femmes et d’animaux sculptées dans l’ivoire, la pierre ou l’os, et datant de la période aurignacienne, soit entre 32 000 et 28 000 ans avant notre ère, ont été retrouvées à différents endroits en Europe.

Automates et horloges hydrauliques

Le néolithique voit une innovation majeure, avec l’apparition de masques et statues animés. Ces sculptures articulées prenaient vie grâce à des principes simples de mécanique. En présence d’une flamme, représentation du feu sacré, l’air chauffé et de ce fait dilaté, comprimait l’eau et la faisait s’écouler, actionnant un ensemble de cordes et de poulies. Sous l’Egypte ancienne, ces statues étaient même considérées comme un double du corps, dans lequel pourrait se réincarner l’esprit du défunt. Nous pouvons citer l’exemple d’une statue du dieu Amon datant de 800 avant J.-C. qui pouvait étendre le bras, ou bien le masque totémique articulé conservé au Musée du Louvre, à l’effigie du dieu Anubis à tête de chacal.

Parallèlement, les Babyloniens développent de leur côté ce que l’on considère comme le premier objet mécanique abouti, la clepsydre. Il s’agit d’une horloge utilisant un flux d’eau entrant pour indiquer l’heure par l’intermédiaire d’un flotteur. Néanmoins, on attribue l’invention du premier automate hydraulique à un Egyptien du nom de Ctésibios d’Alexandrie. En 246 avant J.-C. il parvient à construire une horloge dont le cadran fait un tour par année solaire.

Aristote (384-322 av. J.-C.) est le premier à théoriser la mécanique et à établir le concept d’automatisme : «Si chaque instrument pouvait, par ordre ou par pressentiment, accomplir son œuvre propre, si [...] les navettes tissaient d’elles-mêmes et les plectres jouaient de la cithare, alors les maîtres d’œuvre n’auraient nul besoin de manœuvres, ni les maîtres, d’esclaves. Les vrais hommes abandonneraient les tâches viles, si indignes d’eux, pour ne plus se consacrer qu’aux activités de citoyens et à la recherche du savoir et de la sagesse qu’il procure.» (Politique, I, 2)

Les concepts actuels liés à la robotique ne sont pas si éloignés des idées énoncées par Aristote il y a plus de 2000 ans. Le premier automate identifié comme tel date de 380 avant J.-C. Il s’agit d’un pigeon en bois fabriqué par Archytas de Tarente, un ami de Platon. Cet oiseau mécanique était capable de voler si l’on en croit les écrits d’Aulus Gellius et de Favorinus – un système ingénieux de pompe à air comprimé sans doute.

Il faut attendre le Ier siècle après J.-C et Héron d’Alexandrie, mathématicien et mécanicien grec, pour qu’un traité relatif aux automates voie le jour. Héron fabriquait ses machines dans un but purement pédagogique. Bien que son oiseau de bronze buvant du liquide ou ses créatures se déplaçant en présence d’une flamme ne convainquent pas à l’époque, Héron est considéré comme une grande figure dans l’histoire des automates. Ses ouvrages sur les mathématiques et la physique ont beaucoup influencé ses successeurs, notamment les Arabes à partir du IXe siècle.

Vers une humanisation des automates
En effet, les automates vont se propager dans la péninsule et au-delà, grâce notamment aux frères Bânn Mûsâ Ibn Shâkir et à leur ouvrage publié en 850, Kitâb al-hiyal (le Livre des procédés ingénieux), puis, grâce à l’ingénieur Al-Jazari vivant au XIe siècle, célèbre inventeur d’horloges à eau mesurant plusieurs mètres de haut.

Ces horloges donnaient l’heure exacte de la prière et servaient comme présents aux souverains étrangers. Ainsi, en 807, le calife Haroun-Al-Rachid offrit un automate à l’empereur Charlemagne. Au fil des siècles, les mécanismes évoluent peu par rapport à ceux de Héron d’Alexandrie. En revanche, l’attention portée aux détails des ornements de ces machines grandit. Si bien qu’au Moyen-Âge fleurissent en haut des tours des personnages faisant sonner les heures à l’aide d’un marteau. Ces statues faites en cuivre, fonte ou métal furent baptisées les jacquemarts. L’horloge mécanique de la cathédrale de Strasbourg ou celle de l’abbaye de Cluny en sont de beaux exemples.

Pendant la Renaissance, les automates continueront d’être ces étranges objets de divertissement réservés aux puissants. Au château de Saint-Germain-en-Laye, résidence des rois de France, les grottes des jardins sont peuplées d’automates hydrauliques. Les maîtres en la matière s’appellent Tommaso Francini, Léonard de Vinci ; ils ouvrent la voie aux découvertes de Jacques de Vaucanson, au siècle des Lumières.

Les automates de Vaucanson atteignent un degré de sophistication extrême. Son « canard digérateur » est un oiseau artificiel qui boit, mange, cancane, barbote et digère comme un vrai canard. Des pignons placés sur un cylindre gravé, contrôlant des baguettes traversant les pattes du canard, permettent de programmer l’animal. Le mécanisme, placé dans l’imposant piédestal, était laissé visible par tous, dans le but de montrer la complexité du travail accompli. Vaucanson est parfois considéré comme le père des hommes artificiels, bien qu’il ne soit pas parvenu à en fabriquer un de toutes pièces.

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Le canard digérateur de Vaucanson, 1738

Pendant la première moitié du XIXe siècle, la mode des automates se répand dans le monde entier. D’Osaka avec son théâtre de poupées mécaniques, à Paris avec ses automates magiciens, les mécanismes sont toujours plus ingénieux.

Naissance de la robotique
La transition entre les automates et les robots va devenir possible grâce à George Boole. Ce professeur du Queen’s College de Cork (Irlande) établit en 1854 le système d’algèbre booléenne, fait de zéro et de un, qui permettra un siècle plus tard l’apparition du premier ordinateur.

Le premier à employer le terme robot est Karel Capek, écrivain et dramaturge tchèque du XXème siècle. Il utilisa le terme robot dans sa pièce de science-fiction Rossumovi univerzální roboti (RUR) écrite en 1920. Il inventa le mot robot à partir du mot «rabota» qui signifie «corvée» en slave ancien. De nos jours encore, le mot «robotnik» est utilisé en slovaque et polonais pour désigner l’ouvrier. Il faut noter que dans la pièce de Capek, le terme robot désigne un cyborg, c’est-à-dire un être bionique fait à la fois de parties organiques et artificielles, et non pas une créature mécanique.

Enfin, le terme de « robotique » fit sa première apparition dans la nouvelle Liar d’Isaac Asimov, publiée en 1941, où le célèbre auteur essaye de trouver les limites des trois lois de la robotique qu’il a lui-même créées.

C’est précisément dans les années 1940 que l’arrivée de l’électronique puis de l’ordinateur vont bouleverser l’évolution de la robotique. Dès 1936, Alan M. Turing énonce le principe de «machine à penser» dans un article intitulé On Computable Numbers, où il décrit un système capable de traiter un très grand volume d’informations à une vitesse vertigineuse. De nombreux mathématiciens et informaticiens vont approfondir la question et en 1956, un professeur de l’université de Carnegie Mellon (Pittsburgh), Herbert Simon, conçoit un programme informatique capable de résoudre des théorèmes mathématiques simples. C’est la première fois qu’un système non vivant parvient à simuler un raisonnement logique, marquant ainsi les débuts de l’intelligence artificielle. Allen Newell l’épaulera dans ses travaux d’élaboration de programmes capables de modéliser les activités intellectuelles humaines, notamment grâce à des mécanismes issus de la psychologie.

Parallèlement, des groupes de réflexion se constituent dans le monde entier et donnent naissance à des rencontres scientifiques entre 1942 et 1953 : les conférences de Macy. A intervalles réguliers, mathématiciens, logiciens, anthropologues, psychologues et économistes se rencontrent à New York pour définir les contours d’une science étudiant les mécanismes de l’esprit humain. De ces congrès naîtra la cybernétique, fondée par un professeur du MIT de Boston, Norbert Wiener, dans son ouvrage Cybernetic, or Control and Communication in the Animal and the Machine. Cette discipline, définie comme étant la «science générale de la régulation et des communications dans les systèmes naturels et artificiels», a pour objectif l’étude du contrôle automatique des machines.

La cybernétique permet de comprendre les mécanismes sous-jacents à l’exécution d’une tâche. William Grey Walter applique cette théorie à une machine autonome pour étudier les comportements des animaux. Il fabrique Elsie et Elmer, deux tortues mobiles, capables de se déplacer de manière autonome et de se repérer grâce au son et à la lumière par le biais de capteurs photoélectriques.

Les robots de première génération
L’usage de l’intelligence artificielle se démocratise peu à peu et le premier secteur à bénéficier de ces avancées technologiques est l’industrie. Energétique tout d’abord, avec le bras téléopéré du français Georges Goertz pour le Commissariat à l’énergie atomique (CEA) ; puis automobile, lorsqu’en 1962, la General Motors acquiert le premier robot industriel de l’histoire dans son usine du New Jersey. L’Unimate 001 (abréviation de Universal Automation) est un bras mécanique inventé par Georges Devol et Joseph F. Engelberger. Cet outil, de près de deux tonnes et programmé à partir de quelques lignes de code, permettait de déplacer des pièces métalliques lourdes issues de machines de moulage sous pression.

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Unimate 001 (1962)

À partir de cette date et jusqu’aux années 1980, la course à la robotique industrielle va se mettre en place aux Etats-Unis. Les laboratoires de recherche du MIT et de Stanford s’y mettent eux aussi et développent leurs versions du bras articulé. Des entreprises de robotique spécialisées dans les peintures ou les opérations de soudage se créent également : American Machine and Foundry (AMF), Tralfa, Vicarm…

La concurrence asiatique ne tarde pas à pointer le bout de son nez. Des entreprises nippones comme Kawasaki, épaulées par des politiques d’aide à la filière robotique, commencent à produire en série des bras hydrauliques.

Les Asiatiques à l’inverse des Américains ne se préoccupent pas des débats que suscitent l’avènement des robots et créent dès 1971 une association pour le développement de ces machines qui regroupe quarante-six société membres. L’objectif du gouvernement japonais est clair : devenir le n°1 mondial de la robotique industrielle des dix prochaines années.

Des machines plus intelligentes : la 2e génération
Au même moment aux Etats-Unis, la méfiance s’installe. Les machines vont-elles remplacer l’homme ? Ou pire, le dépasser ? Pourraient-elles un jour se retourner contre nous ? Certains philosophes et sociologues comme Gilbert Ryle et Hubert Dreyfus s’opposent à ce genre de théories jugées irréalistes tandis qu’Herbert Simon estime que « dès 1985, les machines seront capables d’accomplir n’importe quel travail qu’un humain puisse effectuer ». En 1966 le film de Stanley Kubrick, 2001 : l’odyssée de l’espace, n’a pas arrangé les choses. Le public découvre sur grand écran HAL 9000, un ordinateur paranoïaque qui prend le dessus sur les hommes.

Les robots industriels se perfectionnent et gagnent en fiabilité. En revanche, quelles que soient leurs performances, cela reste des machines mono-tâches qui ne s’adaptent pas à leur environnement. C’est justement ce point qu’une branche de la recherche va pouvoir creuser à partir des années 1960. Grâce à la percée des capteurs, l’homme commence à fabriquer des robots mobiles capables de réagir face à une situation donnée (et identifiée dans le programme).

Au début, ces robots ressemblent plutôt à un amas hétérogène de composants assemblés ingénieusement. L’ensemble avance, se dirige dans toutes les directions et détecte ce qui l’entoure grâce à une caméra, un télémètre et des cellules photo-électriques.

Les premières plateformes mobiles expérimentales sont baptisées Beast, Shakey ou Cart. Elles déambulent dans les couloirs des laboratoires de recherche de Stanford ou Johns Hopkins (Baltimore). Elles sont loin d’être des bêtes de course puisqu’il leur faut environ une heure de calcul avant d’effectuer un mouvement.

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Shakey (1966)

La 3ème génération : les robots autonomes
Ce n’est qu’au milieu des années 1970 avec l’arrivée des micro-ordinateurs et des micro-processeurs, que les robots vont pouvoir gravir un échelon supplémentaire de l’intelligence artificielle. Les robots embarquent désormais des composants de taille raisonnable sur lesquels tournent des logiciels de plus en plus perfectionnés, grâce notamment à l’apparition de langages spécifiques comme le Robot Basic en 1984.

Les machines à penser savent enfin développer des comportements face à des situations. Plus qu’agir, leurs caméras, capteurs, logiciels et actionneurs leur permettent d’interagir par eux-mêmes, voire, pour les plus avancés d’entre eux, de modifier leur propre programme.

Wabot-1, le premier robot autonome de l’histoire, a été inventé au Japon, à l’université de Waseda. C’est un robot humanoïde, sans grande ressemblance avec un humain, certes, mais il est capable de marcher, de saisir des objets, d’échanger quelques mots en japonais.

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Wabot-1 (1973)

C’est dans cette catégorie que les robots actuels se situent. Ils se diffusent dans tous les domaines et il devient difficile de citer un secteur d’activité qui ne fasse pas appel à eux. Leurs performances (contrôle, comportements, précision, autonomie…) s’améliorent avec l’avancée en parallèle des nouvelles technologies. Dernier exemple en date, cette pile à base de graphène, qui surclasse les batteries existantes en termes d’autonomie, temps de recharge et empreinte écologique (elle est biodégradable).

Au fur et à mesure que la société les accepte et que les technologies avancent, nous pouvons entrevoir l’avenir des robots.

Les générations futures de robots
Sans nous en rendre compte, nous nous déplaçons tous avec un concentré de technologie en poche, nos téléphones mobiles. Il y a là les deux clés de la robotique du futur : miniaturisation et connectivité.

En ce qui concerne la miniaturisation des composants électroniques, cette tendance s’est accélérée ces dernières années grâce à l’avènement des nanotechnologies. On grave désormais les microprocesseurs à une échelle de quelques nanomètres (vingt-deux précisément, pour les Core i3/i5/i7 d’Intel), et des machines d’un nouveau genre devraient faire leur apparition dans le futur : les ordinateurs quantiques. Basée sur les qubits, la mémoire de l’ordinateur ne serait plus constituée uniquement de zéro ou de un, mais de quatre-vingt-onze états distincts. Cette nouvelle génération, plutôt destinée aux chercheurs, aura une capacité de calcul phénoménale.

Un autre point à ne pas négliger du côté des processeurs actuels : l’arrivée des solutions dites open-source, comme la puce Raspberry Pi, l’équivalent d’un ordinateur dans un circuit imprimé de la taille d’une carte de crédit. Pour vingt euros, n’importe qui peut commencer à programmer un robot. Près de mille unités sont vendues chaque seconde, ce qui laisse présager la naissance de nouvelles vocations chez les jeunes générations.

En termes de connectivité, nous commençons à peine à exploiter les possibilités de l’univers du tout-connecté. Wi-Fi, 4G, WiMax, Bluetooth, RFID, sont les protocoles sur lesquels se basent les objets intelligents de demain. Certains robots exploitent déjà les ressources offertes par les smartphones, comme cette main bionique contrôlable à partir d’une application à télécharger sur son mobile ou ce bras robot contrôlé à partir de gestes (vidéo) effectués avec un terminal Android dans les mains.

Avec Internet, notre relation à l’information a complètement bouleversé nos habitudes. En permanence, l’homme est au cœur de l’information et participe à son accroissement. Des robots toujours plus puissants l’aident dans sa recherche de données et on assiste à l’émergence d’un super cerveau omniscient, souvent assimilé au géant Google, qui pourrait, un jour, être implanté dans le corps humain à travers une puce électronique. L’homme du futur sera peut-être celui-là…

Le courant transhumaniste défend l’idée que la technologie s’accélère de façon exponentielle. Pour que l’homme puisse la suivre, il faudra qu’il soit augmenté et passera peut-être par une espèce d’homme artificiel hybride. La prudence est de mise puisque cela reposera avant tout sur les découvertes technologiques des trente années à venir et une réflexion éthique profonde.

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