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Place aux robots
Changer notre environnement de manière simple et modeste aidera les robots à collaborer plus efficacement (et en toute sécurité) avec les humains.
23 février 2021
Jack Snelling
Une IA qui entraîne moins d'accidents de voiture et moins de congestion routière. Des systèmes d'augmentation personnelle qui aident les gens à s'épanouir à mesure qu'ils vieillissent. Des aides-soignants robotisés qui rendent les salles d'urgence plus sûres et plus efficaces. Dans leur nouveau livre, À quoi s'attendre lorsque vous attendez des robots , Laura Major, SM '05, et Julie Shah '04, SM '06, PhD '11, envisagent de tels avantages de type Jetson de la collaboration homme-robot.
Les gens semblent se demander si les robots ne nous rendront pas un jour obsolètes — s'ils deviendront plus intelligents, plus rapides, meilleurs que leurs créateurs humains. Mais la réalité est que les robots et les humains seront probablement toujours bons dans des domaines différents, écrivent-ils. Il est possible que certains de nos problèmes de société les plus tenaces soient mieux résolus par le type de collaboration que nous envisageons.
Major et Shah sont bien placés pour explorer l'avenir de la collaboration homme-robot : Major est directeur technique de Motional, une coentreprise de conduite autonome de Hyundai et Aptiv, et Shah, professeur agrégé d'aéro-astro, se concentre sur l'homme-robot industriel. collaboration en tant que directeur du laboratoire de robotique interactive du MIT. Cet extrait de leur livre examine comment nous pouvons ajuster l'environnement de petites manières pour transformer les robots en collaborateurs efficaces.
Laura Major, SM '05
Julie Shah, '04, SM '06, PhD '11
DENNIS KWAN
C'est la fin de la journée un vendredi et vous n'êtes pas allé au centre commercial pour ramasser des faveurs pour la fête d'anniversaire de votre enfant ce week-end. Vous vous connectez donc à Amazon pour voir ce qui est disponible pour une livraison le lendemain. En plus des faveurs, vous trouvez des ampoules pour remplacer l'ampoule grillée de votre lampe de table et repérez un nouveau livre que vous décidez d'acheter. Vous cliquez sur Passer ma commande, et peu de temps après, des robots dans les entrepôts de traitement d'Amazon se précipitent pour s'assurer qu'elle vous est livrée à temps.
L'entrepôt est plein de petits robots plats qui s'agitent sous des étagères chargées de tout, des mélangeurs aux manteaux de laine en passant par les scies à table. Lorsque votre commande est en file d'attente, les robots près des étagères avec vos produits sont avertis. Ils se glissent sous les étagères requises, les soulèvent et traversent l'entrepôt, s'arrêtant et repartant, se déplaçant de gauche à droite, dansant autour de tous les autres robots se déplaçant également dans l'entrepôt. C'est vraiment un beau spectacle.
Vous pourriez être surpris d'apprendre, cependant, que ces robots sont pour la plupart aveugles. Équipés de quelques capteurs seulement, ils naviguent dans leur monde en regardant directement le papier collé au sol par des travailleurs humains. L'entrepôt est une grande grille, avec un motif de papier unique collé au sol de chaque carré de la grille. Les robots suivent simplement la séquence de modèles de papier qu'ils passent pour confirmer leur emplacement. Lorsque l'un des morceaux de papier est déchiré par les roues des robots, une personne arrête les robots pour entrer dans l'espace et recoller le papier au sol. Amazon compte 175 centres de distribution dans le monde, et ces robots se déplacent actuellement dans 26 d'entre eux, travaillant avec des humains pour remplir vos commandes.
Cela peut ressembler à une solution hacky, développée par une startup pour faire sortir les robots. Mais Amazon, l'une des entreprises les plus prospères au monde, choisit toujours de coller du papier au sol. Pourquoi? Les robots avec moins de capteurs sont moins chers et moins susceptibles d'échouer. Les robots sont beaucoup plus fiables si vous les programmez pour suivre un modèle de papiers au sol que si vous essayez de leur faire observer le monde qui les entoure, détecter les obstacles, planifier un chemin autour des obstacles, puis continuer à chercher leur destination . Parfois simple est le meilleur.
Nos sociétés ne sont pas actuellement conçues pour répondre aux besoins des robots indépendants, et il n'est pas clair que nous puissions simplement fabriquer des robots qui n'ont besoin que de ce que notre infrastructure offre actuellement.
Alors que des éléments tels que les feux de circulation, les panneaux de limitation de vitesse, les cônes orange, les bretelles d'accès inter-États et les passages pour piétons aident les humains à coordonner les activités des conducteurs et des piétons de manière sûre et efficace, les robots auront besoin d'encore plus de structure et de soutien de la part de l'environnement. Leurs systèmes sensoriels recueillent de nombreuses données sur le monde qui les entoure, mais ils ne sont pas aussi bons que nous pour en tirer un sens.
La bonne nouvelle, c'est que nous pouvons changer notre environnement de petites manières simples qui rendront le monde beaucoup plus facile pour les robots et plus sûr pour nous. L'aviation en offre un bon exemple.
Apprendre du ciel amical
Le passager moyen d'un avion ne se rend probablement pas compte que les avions volent dans des couloirs, suivant une piste virtuelle de fil d'Ariane conçue autour d'un réseau de balises au sol fixes qui ont révolutionné la sécurité aérienne. Ces aides à la navigation aident le pilote et les contrôleurs aériens à suivre la position de l'avion et sont utilisées depuis bien avant l'existence du GPS. L'espace aérien a également été divisé en différents niveaux de vol et pistes qui agissent comme des voies sur une autoroute, sauf que ces voies sont très larges (et hautes) pour s'adapter à la vitesse élevée des aéronefs, aux erreurs potentielles dans les estimations de localisation et à d'autres facteurs, tels que le tourbillons de sillage créés par chaque avion. Aujourd'hui, les voies verticales sont séparées les unes des autres par 1 000 pieds. Ces voies dans le ciel minimisent le risque que les avions se croisent de manière inattendue et entrent en collision. Ils simplifient également les procédures de gestion du trafic aérien. Par exemple, si deux avions sont sur une trajectoire de collision, plutôt que d'essayer de calculer exactement quand chacun arrivera au point de collision, ou de recommander une légère manœuvre à l'un des pilotes pour éviter la collision, les contrôleurs aériens demandent généralement à l'un de monter 1 000 pieds - et ensuite les deux avions sont assurés de ne pas se rapprocher l'un de l'autre, car ils sont dans des voies séparées.
Cette structuration de l'espace aérien a eu un impact considérable sur l'efficacité et la sécurité du transport aérien, car elle propose des règles claires qui régissent le comportement de chaque avion dans le ciel.
Au-delà de la façon dont l'espace aérien est partagé en toute sécurité, l'histoire de la navigation aérienne offre d'autres leçons pour apprendre à travailler efficacement avec des robots. Dès les premiers jours de l'aviation, les avions devaient être soigneusement coordonnés. Au début, on se contentait d'utiliser des feux de joie au bout des pistes la nuit, et les pilotes cherchaient la lumière flamboyante pour trouver où atterrir. Ensuite, des balises ont été installées et les avions pouvaient utiliser la radionavigation pour trouver la piste même par temps nuageux. Les émetteurs diffusent un signal modulé, qui est reçu sur l'avion. La position de l'émetteur est calculée en utilisant le temps de vol entre les signaux reçus, et ces données sont utilisées pour déterminer la position de l'avion. Initialement, cela a été calculé à la main; maintenant il est automatisé et extrêmement robuste. La Seconde Guerre mondiale nous a apporté la surveillance radar, permettant aux contrôleurs aériens de suivre les avions sans compter sur les émetteurs, en particulier dans l'espace aérien encombré comme la zone autour des aéroports.
Mais la véritable révolution du trafic aérien survient en 1956, suite à la collision de deux avions au-dessus du Grand Canyon. Les avions opéraient dans un espace aérien non contrôlé, où les pilotes sont censés voir et éviter les autres aéronefs sans aucune aide extérieure. Les deux pilotes manœuvraient autour de cumulus épars pour avoir une meilleure vue du canyon, et tous deux sont entrés dans le même nuage, les empêchant de se voir. Les 128 passagers ont été tués.
Cette collision en vol, survenue lors de l'essor de l'aviation commerciale, a semé la panique. Les règles de l'aviation à l'époque n'avaient aucun moyen efficace de protéger les avions contre de tels conflits. La solution consistait à centraliser la gestion de l'espace aérien. Le Congrès américain a affecté 250 millions de dollars pour moderniser le système de voies aériennes du pays et a créé la Federal Aviation Administration (FAA), lui donnant une large autorité pour lutter contre les dangers de l'aviation. La FAA a imposé une séparation suffisante entre les aéronefs et les super voies aériennes prévues pour relier les principales villes de la côte est et de la côte ouest, délimitant l'espace aérien avec des règles distinctes pour faciliter les déplacements lourds à travers le pays.
Aurons-nous un jour besoin d'une telle agence centrale pour créer des règles, développer un support de navigation externe et réglementer d'autres aspects du fonctionnement et du contrôle des robots ? Peut-être. Mais à tout le moins, la coopération de l'industrie pour négocier les ressources partagées que ces robots utiliseront - nos routes, nos trottoirs, nos couloirs et nos allées - sera essentielle.
Travailler en toute sécurité, côte à côte
Les usines ont appris à travailler avec des robots depuis quelques années maintenant. Aujourd'hui, les usines automobiles regorgent de grands bras de robots rapides qui fonctionnent uniquement dans des environnements hautement contrôlés confinés par des cages. Les pièces manipulées par les robots doivent être placées avec précision - si elles sont décalées ne serait-ce que de quelques millimètres, toute l'opération s'arrête. Et les robots ne peuvent pas détecter les personnes à proximité. Si quelqu'un devait entrer dans leur espace, cela représenterait un risque important pour la sécurité.
Cependant, la vérité est que relativement peu de travail dans la plupart des usines, même les usines automobiles, peut être structuré avec autant de soin pour les robots. Une carrosserie de voiture peut être construite presque entièrement par des robots, mais le reste du travail (installation du câblage, des sièges et des éléments du tableau de bord) est encore presque entièrement effectué par des personnes. Ce travail ne peut pas et ne sera pas effectué exclusivement par des robots dans un avenir prévisible, car il nécessite des compétences que les robots ne possèdent pas encore. Mais les ingénieurs de fabrication se rendent compte que le travail que les robots font déjà, comme l'assemblage, le soudage et l'emballage, peut être fait mieux et plus rapidement si les robots sont libérés de leurs cages pour travailler aux côtés des gens. Plutôt que d'essayer de reproduire les tâches d'un travailleur humain, les robots peuvent aider activement l'humain - en remettant la bonne pièce au bon moment, par exemple - et ainsi améliorer considérablement la productivité de la ligne. En fait, nos études, et d'autres, montrent qu'avec une collaboration étroite entre les humains et les robots, les tâches peuvent être accomplies beaucoup plus efficacement (jusqu'à 85 % plus rapidement) que lorsque les humains effectuent des tâches d'assemblage sans l'assistance d'un robot.
Aurons-nous un jour besoin d'une agence centrale comme la FAA pour créer des règles, développer un support de navigation externe et réglementer d'autres aspects du fonctionnement et du contrôle des robots ? Peut-être.
Les entreprises relèvent donc le défi de gérer ces machines complexes de manière sûre pour les personnes qui les entourent. L’intelligence robotique nécessaire pour suivre les progrès des humains et anticiper ce dont ils ont besoin est bien loin du robot industriel aveugle dans une cage, ou même des robots des entrepôts d’Amazon qui naviguent à l’aide de marqueurs en papier. Les usines d'aujourd'hui ont besoin d'une technologie qui permet une danse plus intime des humains et des machines, un peu comme la chorégraphie complexe moderne des avions qui sillonnent les cieux. Et pour que cette technologie fonctionne, nous avons besoin de méthodes infaillibles pour garantir que les robots ne peuvent pas nuire à leurs collègues.
Récemment, les scientifiques ont créé de nouvelles façons dynamiques de marquer l'espace personnel pour les personnes et les robots, ce qui permet une collaboration physique étroite dans la fabrication sans mettre en danger les travailleurs. Au lieu d'une démarcation statique de l'espace robotique et humain, l'environnement industriel est équipé de nouveaux capteurs qui fonctionnent efficacement comme des clôtures virtuelles.
Si une personne s'approche d'un robot et franchit la clôture virtuelle, le robot s'arrête immédiatement. Dans des environnements plus avancés, des capteurs sont utilisés pour créer des zones de sécurité dynamiques, dans lesquelles la distance entre la personne et le robot est activement surveillée. Lorsque la personne s'approche du robot, le robot ralentit, ce qui donne à la personne le temps de réagir avant que le robot ne s'arrête complètement.
Tout comme les avions ont des règles de séparation dans les airs différentes, les robots industriels doivent se conformer à ce que l'on appelle les normes de surveillance de la vitesse et de la séparation, en maintenant des distances spécifiées par rapport aux personnes en fonction de leur vitesse. Plus le robot se déplace rapidement, plus il doit rester éloigné des personnes, et lorsqu'une personne s'approche du robot, il doit ralentir et s'arrêter. L'un des premiers systèmes de ce type a été déployé dans une usine BMW à Munich en 2017. Un associé humain a travaillé sous un imposant robot de l'industrie orange, deux à trois fois sa taille, alors qu'ils négociaient en toute sécurité un espace d'usine partagé pour construire des voitures.
Ces commutateurs simples, des cages physiques aux clôtures virtuelles et de la démarcation statique de l'espace de sécurité à l'ajustement dynamique des zones de sécurité, facilitent la collaboration des humains et des robots sur les tâches de fabrication, les accomplissant plus efficacement ou à un niveau plus élevé que les humains ou les robots. robot pourrait réussir à travailler seul.
Les règles de la route pour travailler avec des robots ne doivent pas nécessairement être statiques. Ils peuvent s'adapter au fil du temps à mesure que les robots deviennent plus capables et que nous nous y habituons. Au fur et à mesure que les robots évoluent, nous pouvons les libérer de leurs voies fixes. Grâce à une négociation plus dynamique des ressources partagées, nous pouvons faire de grands pas vers l'intégration des robots dans les environnements humains.
Adapté de À quoi s'attendre lorsque vous attendez des robots : l'avenir de la collaboration homme-robot, par Laura Major et Julie Shah. droits d'auteur 2020. Disponible à partir de Livres de base , une empreinte de Hachette Book Group.