Les robots autotransformateurs bloquent, sautent, tournent, retournent et s’identifient les uns les autres.

Des essaims de robots simples et interactifs ont le potentiel de débloquer des capacités furtives pour accomplir des tâches complexes. Il s’est toutefois avéré difficile d’amener ces robots à atteindre un véritable esprit de coordination semblable à celui d’une ruche.

Dans un effort pour changer cela, une équipe du Laboratoire d’informatique et d’intelligence artificielle du MIT (CSAIL) a mis au point un schéma étonnamment simple : des cubes robotiques auto-assemblables qui peuvent se chevaucher, sauter dans les airs et se déplacer sur le sol.

Six ans après la première itération du projet, les robots peuvent désormais « communiquer » entre eux à l’aide d’un système de codes à barres sur chaque face du bloc qui permet aux modules de s’identifier mutuellement. La flotte autonome de 16 blocs peut maintenant accomplir des tâches ou des comportements simples, tels que former une ligne, suivre des flèches, ou suivre la lumière.

A l’intérieur de chaque « M-Block » modulaire se trouve un volant d’inertie qui se déplace à 20.000 tours par minute, en utilisant le moment angulaire lorsque le volant est freiné. Sur chaque bord et chaque face se trouvent des aimants permanents qui permettent à deux cubes de s’attacher l’un à l’autre.

Bien que les cubes ne puissent pas être manipulés aussi facilement que, disons, ceux du jeu vidéo « Minecraft », l’équipe envisage des applications fortes en inspection, et éventuellement en réponse aux catastrophes. Imaginez un bâtiment en feu où un escalier a disparu. À l’avenir, vous pouvez envisager de simplement jeter des M-Blocs sur le sol et de les regarder construire un escalier temporaire pour monter sur le toit ou descendre au sous-sol pour secourir les victimes.

« M signifie mouvement, aimant et magie « , dit Daniela Rus, professeure au MIT et directrice du CSAIL. « Mouvement », parce que les cubes peuvent se déplacer en sautant. Aimant, parce que les cubes peuvent se connecter à d’autres cubes à l’aide d’aimants, et une fois connectés, ils peuvent se déplacer ensemble et se connecter pour assembler des structures. « Magique », parce qu’on ne voit aucune pièce en mouvement, et que le cube semble être animé par la magie. »

Alors que le mécanisme est assez complexe à l’intérieur, l’extérieur est à l’opposé, ce qui permet des connexions plus robustes. Au-delà de l’inspection et du sauvetage, les chercheurs s’imaginent aussi utiliser les blocs pour des choses comme le jeu, la fabrication et les soins de santé.

Ce qui est unique dans notre approche, c’est qu’elle est peu coûteuse, robuste et potentiellement plus facile à mettre à l’échelle jusqu’à un million de modules « , explique John Romanishin, étudiant au doctorat de la CSAIL et auteur principal d’un nouvel article sur le système. « Les M-Blocs peuvent se déplacer d’une manière générale. D’autres systèmes robotiques ont des mécanismes de mouvement beaucoup plus compliqués qui nécessitent de nombreuses étapes, mais notre système est plus évolutif. »

Romanishin a écrit l’article aux côtés de Rus et John Mamish, étudiant de premier cycle de l’Université du Michigan. Ils présenteront l’article sur les M-blocs à la conférence internationale de l’IEEE sur les robots et systèmes intelligents en novembre à Macao.

Les systèmes de robots modulaires précédents s’attaquent généralement au mouvement à l’aide de modules unitaires dotés de petits bras robotiques appelés actionneurs externes. Ces systèmes exigent beaucoup de coordination, même pour les mouvements les plus simples, avec de multiples commandes pour un saut ou un saut.

Du côté de la communication, d’autres tentatives ont impliqué l’utilisation de lumière infrarouge ou d’ondes radio, qui peuvent rapidement devenir maladroites : si vous avez beaucoup de robots dans une petite zone et qu’ils essaient tous de s’envoyer des signaux, cela ouvre un canal confus de conflits et de confusion.

Lorsqu’un système utilise des signaux radio pour communiquer, les signaux peuvent interférer les uns avec les autres lorsqu’il y a plusieurs radios dans un petit volume.

En 2013, l’équipe a construit son mécanisme pour les M-Blocks. Ils ont créé des cubes à six faces qui se déplacent à l’aide de ce qu’on appelle des « forces inertielles ». Cela signifie qu’au lieu d’utiliser des bras mobiles qui aident à relier les structures, les blocs ont une masse à l’intérieur d’eux qu’ils « jettent » contre le côté du module, ce qui provoque la rotation et le mouvement du bloc.

Chaque module peut se déplacer dans quatre directions cardinales lorsqu’il est placé sur l’une des six faces, ce qui donne 24 directions de mouvement différentes. Sans les petits bras et les appendices qui dépassent des blocs, il est beaucoup plus facile pour eux de rester à l’abri des dommages et d’éviter les collisions.

Sachant que l’équipe avait surmonté les obstacles physiques, le défi critique persistait : comment faire communiquer ces cubes et identifier de manière fiable la configuration des modules voisins ?

Romanishin a mis au point des algorithmes conçus pour aider les robots à accomplir des tâches simples, ou  » comportements « , qui les ont menés à l’idée d’un système de type code-barres où les robots peuvent détecter l’identité et le visage des autres blocs auxquels ils sont connectés.

Dans une expérience, l’équipe a demandé aux modules de se transformer en ligne à partir d’une structure aléatoire, et ils ont observé si les modules pouvaient déterminer la façon spécifique dont ils étaient reliés les uns aux autres. S’ils ne l’étaient pas, ils devraient choisir une direction et rouler de cette façon jusqu’à ce qu’ils se retrouvent à la fin de la file.

Essentiellement, les blocs ont utilisé la configuration de la façon dont ils sont reliés les uns aux autres afin de guider le mouvement qu’ils choisissent de déplacer – et 90 % des M-Blocs ont réussi à se mettre en ligne.

L’équipe note que la construction de l’électronique a été très difficile, en particulier lorsqu’il s’agissait d’essayer d’intégrer du matériel complexe à l’intérieur d’un si petit boîtier. Pour faire des essaims M-Block une plus grande réalité, l’équipe veut juste cela – de plus en plus de robots pour faire de plus grands essaims avec des capacités plus fortes pour différentes structures.

Le projet a été soutenu, en partie, par la National Science Foundation et Amazon Robotics.