Touche finale : comment les scientifiques donnent aux robots des sens tactiles humains

Il y a une scène cauchemardesque dans le film Pan's Labyrinth de Guillermo del Toro en 2006 dans laquelle nous sommes confrontés à une sinistre créature humanoïde appelée l'homme pâle. Sans yeux dans sa tête monstrueuse et sans poils, l'Homme Pâle, qui ressemble à un Voldemort sans yeux, voit à l'aide de globes oculaires enfoncés dans la paume de ses mains. En utilisant ces appendices oculaires augmentés, qu'il tient devant son visage sans yeux comme des lunettes, l'homme pâle est capable de visualiser et de se déplacer dans son environnement.

Cela décrit dans une certaine mesure le travail effectué par des chercheurs du laboratoire de robotique de Bristol au Royaume-Uni – mais sans tout l'aspect terrifiant de l'horreur corporelle. Seulement dans leur cas, le remplaçant de Pale Man n'a pas simplement un globe oculaire dans la paume de chaque main; il en a un à chaque doigt.

"Au cours des quatre ou cinq dernières années, il y a eu un changement qui s'est produit dans le domaine de la détection tactile et de la robotique [sous la forme] d'une évolution vers l'utilisation de caméras pour les capteurs", a déclaré le professeur Nathan Lepora , qui dirige le 15- membre Tactile Robotics Research Group pour le Bristol Robotics Laboratory, a déclaré à Digital Trends. « C'est ce qu'on appelle la détection tactile basée sur l'optique et la vision. La raison pour laquelle cela s'est répandu est qu'il est entendu que le contenu d'informations haute résolution du bout des doigts est crucial pour l'intelligence artificielle [nécessaire] pour contrôler ces systèmes.

Digital Trends a couvert pour la première fois le travail de Lepora en 2017 , décrivant une première version du projet de son équipe comme étant "constituée d'une webcam montée dans un doigt souple imprimé en 3D qui suit les broches internes, conçues pour agir comme les récepteurs tactiles du bout des doigts humains. .

Depuis, les travaux n'ont cessé d'avancer. À cette fin, l'équipe a récemment publié de nouvelles recherches révélant les dernières étapes du projet : créer une peau tactile imprimée en 3D qui pourrait un jour donner aux mains prothétiques ou aux robots autonomes un sens du toucher bien plus conforme aux mains humaines en chair et en os .

Le maillage imprimé en 3D se compose de papilles en forme d'épingles qui imitent une structure dermique similaire que l'on trouve entre les couches épidermiques externes et internes de la peau humaine. Ceux-ci peuvent produire des signaux nerveux artificiels qui, lorsqu'ils sont mesurés, ressemblent aux enregistrements de vrais neurones qui permettent aux mécanorécepteurs du corps d'identifier la forme et la pression des objets ou des surfaces lorsqu'ils sont touchés.

"Lorsque nous avons effectué cette comparaison des signaux provenant de nos doigts artificiels avec les données réelles, nous avons trouvé une correspondance très similaire entre les deux ensembles de données, avec le même type de collines et de vallées [trouvé sur les deux]", a expliqué Lepora.

L'équipe espère que la combinaison de ces informations imprimées en 3D sur les récepteurs cutanés avec des données provenant de minuscules caméras embarquées pourrait être la clé pour débloquer un rêve à long terme en intelligence artificielle et en robotique : un sens artificiel du toucher.

Les cinq sens

Bien que tous les chercheurs ne soient pas nécessairement d'accord, l'objectif fondamental le plus large de l'IA est peut-être de reproduire l'intelligence humaine (ou, du moins, la capacité d'effectuer toutes les tâches dont les humains sont capables) à l'intérieur d'un ordinateur. Cela signifie trouver des moyens de recréer les cinq sens – la vue, l'ouïe, l'odorat, le goût et le toucher – sous forme de logiciel. Ce n'est qu'alors que des tests potentiels d'intelligence générale artificielle, tels que le « test du café » proposé (un robot véritablement intelligent devrait être capable d'entrer dans une maison et de se procurer les ingrédients et composants nécessaires à la préparation d'une tasse de café), peuvent être réalisés. .

À ce jour, beaucoup d'attention et de progrès ont été réalisés en matière de reconnaissance d'images et de sons. Moins d'attention, mais quand même un peu, a été accordée à l'odorat et au goût. Des capteurs intelligents équipés d'IA peuvent identifier des centaines d'odeurs différentes dans une base de données grâce au développement d'un « nez numérique ». Les testeurs de goût numériques , capables de donner des mesures objectives en matière de saveur, font également l'objet d'investigations. Mais le toucher reste terriblement hors de portée.

"Nous sommes plus consciemment conscients de domaines tels que la vision", a déclaré Lepora, expliquant pourquoi les chercheurs se sont souvent concentrés ailleurs. « À cause de cela, nous lui accordons plus d'importance dans ce que nous faisons chaque jour. Mais quand il s'agit de toucher, la plupart du temps, nous ne sommes même pas conscients que nous l'utilisons. Et certainement pas que ce soit aussi important que ça. Cependant, si vous enlevez votre sens du toucher, vos mains seraient totalement inutiles. Vous ne pouviez rien faire avec eux.

Cela ne veut pas dire que les robots ont évité d'interagir avec des objets du monde réel. Depuis plus d'un demi-siècle, des robots industriels avec des axes de mouvements limités et des actions simples telles que saisir et faire pivoter ont été utilisés sur les chaînes de montage en usine. Dans les centres de distribution Amazon, les robots jouent un rôle crucial pour garantir que le processus de livraison en une journée est rendu possible. Grâce à l'acquisition en 2012 de la société de robotique Kiva, les entrepôts d'Amazon disposent d'armées de robots boxy similaires à de grands Roombas qui se déplacent autour des étagères de produits, les amenant aux « cueilleurs » humains pour sélectionner les bons articles.

Cependant, bien que ces deux processus réduisent considérablement le temps qu'il faudrait aux humains pour accomplir ces tâches sans aide, ces robots n'exécutent que des fonctionnalités limitées, laissant les humains effectuer une grande partie du travail de précision.

Il y a une bonne raison à cela : bien que la manipulation adroite soit quelque chose que la plupart des humains tiennent pour acquis, c'est quelque chose qui est extraordinairement difficile pour les machines. La touche humaine est extrêmement nuancée. La peau a une structure mécanique très complexe, avec des milliers de terminaisons nerveuses au bout des doigts, permettant une sensibilité extrêmement haute résolution aux détails fins et à la pression. Avec nos mains, nous pouvons sentir les vibrations, la chaleur, la forme, la friction et la texture – jusqu'aux imperfections submillimétriques ou même microniques. (Pour une vision simple et à basse résolution de la difficulté de la vie avec des capacités tactiles limitées, voyez avec quelle douceur vous pouvez passer une seule journée tout en portant des gants épais. Il y a de fortes chances que vous les arrachiez bien avant le milieu de la matinée !)

Retour sensoriel

"Ce qui donne aux humains cette flexibilité et cette dextérité, c'est la rétroaction sensorielle que nous obtenons", a déclaré Lepora. « Lorsque nous effectuons une tâche, nous recevons une rétroaction sensorielle de l'environnement. Pour la dextérité, lorsque nous utilisons nos mains, ce retour sensoriel dominant est notre sens du toucher. Il nous donne le contenu haute résolution et riche en informations, les sensations et les informations sur notre environnement pour guider nos actions.

Résoudre ce problème nécessitera des avancées à la fois matérielles et logicielles : des préhenseurs robots plus flexibles et plus adroits avec des capacités supérieures pour reconnaître ce qu'ils touchent et se comporter en conséquence. Des composants plus petits et moins chers aideront. Par exemple, les approches des préhenseurs robotisés qui utilisent des caméras pour percevoir le monde remontent au moins aux années 1970, avec des projets comme le robot pionnier Freddy de l'Université d'Édimbourg. Cependant, ce n'est que très récemment que les caméras sont devenues suffisamment petites pour pouvoir s'intégrer dans un matériel de la taille d'un doigt humain. "Il y a cinq ans, le plus petit appareil photo que vous pouviez acheter mesurait peut-être quelques centimètres de diamètre", a déclaré Lepora. "Maintenant, vous pouvez acheter des caméras qui sont [juste quelques] millimètres."

Il reste encore beaucoup de travail à faire avant que des innovations telles que la détection du bout des doigts puissent être intégrées aux robots pour leur donner des capacités de détection tactile. Mais lorsque cela se produira, cela changera la donne – que ce soit pour construire des robots capables d'effectuer un plus grand nombre de tâches de bout en bout sur le lieu de travail (pensez à un entrepôt Amazon entièrement automatisé) ou même agir en « haute "toucher" des emplois comme effectuer des rôles de soins.

À mesure que les robots deviennent plus étroitement intégrés à la vie telle que nous la connaissons, la capacité d'interagir en toute sécurité avec ceux qui les entourent deviendra plus importante. Depuis 1979, lorsqu'un ouvrier d'usine du Michigan nommé Robert Williams est devenu la première personne de l'histoire tuée par un robot, les robots ont souvent été séparés des humains par mesure de sécurité. En leur donnant la possibilité de toucher en toute sécurité, nous pourrions commencer à briser cette barrière.

Le pouvoir du toucher

Il existe des preuves suggérant que, ce faisant, les robots peuvent améliorer leur acceptation par les humains. Les créatures vivantes, humaines ou non, se touchent comme un moyen de communication sociale – et, non, pas seulement de manière sexuelle. Les bébés singes qui sont privés de contact tactile avec une figure maternelle peuvent devenir stressés et mal nourris. Chez les humains, une tape dans le dos nous fait du bien. Chatouiller nous fait rire. Un bref toucher main dans la main d'un bibliothécaire peut entraîner des critiques plus favorables d'une bibliothèque, et des touches "simples" similaires peuvent nous faire donner plus de pourboires dans un restaurant, dépenser plus d'argent dans un restaurant ou évaluer un "toucher" comme plus attirant.

Une étude sur le sujet, un article de 2009 intitulé « La peau en tant qu'organe social », note que : « En général, la recherche en neurosciences sociales a tendance à se concentrer sur les canaux visuels et auditifs comme voies d'accès à l'information sociale. Cependant, parce que la peau est le site d'événements et de processus cruciaux pour la façon dont nous pensons, ressentons et interagissons les uns avec les autres, le toucher peut influencer les perceptions sociales de diverses manières. Le toucher d'un robot susciterait-il des sentiments positifs de notre part, nous faisant nous sentir plus affectueux envers les machines ou autrement nous rassurer ? C'est tout à fait possible.

Une étude portant sur 56 personnes interagissant avec une infirmière robotique a révélé que les participants rapportaient une réponse subjective généralement favorable au toucher initié par le robot, que ce soit pour nettoyer leur peau ou pour leur apporter du confort. Une autre recherche plus récente, intitulée " Le pouvoir persuasif du robot tactile ", a également exploré ce sujet.

"[Des recherches antérieures ont montré] que les gens traitent les ordinateurs avec politesse, un comportement qui, à première vue, semble déraisonnable envers les ordinateurs", Laura Kunold , professeure adjointe à la faculté de psychologie dans la conception centrée sur l'homme des systèmes socio-numériques à l'université allemande de la Ruhr. Bochum, a déclaré à Digital Trends. "Puisque les robots ont des corps physiques, je me suis demandé si des effets positifs tels que des états émotionnels positifs ou la conformité, qui sont connus de la recherche sur le toucher interpersonnel, pourraient également être suscités par le toucher d'un robot." Elle a noté: «Les humains – étudiants dans notre travail – sont généralement ouverts aux gestes tactiles non fonctionnels d'un robot. Ils étaient globalement amusés et ont qualifié le geste d'agréable et non blessant.

À mesure que les interactions avec les robots deviennent plus courantes, le toucher va probablement devenir un aspect important de leur acceptation sociale. Comme George Elliot l'écrit (pas, il faut le dire, spécifiquement à propos des robots) dans Middlemarch , "qui mesurera la subtilité de ces touches qui transmettent la qualité de l'âme aussi bien que celle du corps?"

Les robots deviennent de plus en plus performants. Il y a plusieurs années, le Massachusetts Institute of Technology a construit un robot souple suffisamment délicat pour capturer puis relâcher un poisson vivant alors qu'il nage dans un aquarium. Les robots de cueillette de fruits et de légumes peuvent également identifier puis cueillir des produits délicats comme les tomates sans les écraser en passata. Espérons qu'ils seront bientôt suffisamment fiables pour faire la même chose avec des mains humaines.

Grâce à des travaux comme celui menés par des chercheurs du Bristol Robotics Laboratory, ils se rapprochent tout le temps.