L’interaction homme-robot est l’étude des interactions entre l’homme et les robots. Il est souvent appelé IDH par les chercheurs. L’interaction homme-robot est un domaine multidisciplinaire qui associe l’interaction homme-machine, l’intelligence artificielle, la robotique, la compréhension du langage naturel, la conception et les sciences sociales.

Définition
Formé par l’assemblage des deux mots « inter » et « action », le terme interaction, dans son étymologie même, suggère l’idée d’une action mutuelle, en réciprocité, de plusieurs éléments. Dans le domaine des relations humaines, « l’interaction » intervient en tant que contraction de l’expression « interaction sociale » définie comme une relation interpersonnelle, entre deux individus (ici un homme / robot), dans laquelle l’information est partagée.

L’interaction homme-robot s’organise autour de plusieurs panneaux technologiques. En effet, afin de développer des robots capables de collaborer mais aussi de « vivre » au contact de l’homme, les chercheurs travaillent au développement d’algorithmes d’apprentissage, étudient l’aspect mécanique et conduisent des recherches sur les matériaux.

Origines
L’interaction homme-robot a été un sujet de science-fiction et de spéculation académique avant même l’existence de tout robot. Parce que HRI repose sur une connaissance de la communication humaine (parfois naturelle), de nombreux aspects de HRI sont des suites de sujets de communication humaine beaucoup plus anciens que la robotique en soi.

L’auteur de l’histoire du XXe siècle, Isaac Asimov, du 20ème siècle, a déclaré dans son roman I, Robot, que l’origine de HRI était un problème distinct. Il énonce les Trois lois de la robotique comme,

Un robot ne peut pas blesser un être humain ou, par son inaction, permettre à un être humain de se blesser.
Un robot doit obéir aux ordres donnés par des êtres humains, sauf si de tels ordres sont contraires à la Première Loi.
Un robot doit protéger sa propre existence tant que cette protection n’entre pas en conflit avec la première ou la deuxième loi.

Ces trois lois de la robotique déterminent l’idée d’une interaction sécurisée. Plus l’homme et le robot se rapprochent et plus la relation devient complexe, plus le risque de blessure augmente. De nos jours, dans les sociétés avancées, les constructeurs utilisant des robots résolvent ce problème en interdisant aux humains et aux robots de partager l’espace de travail à tout moment. Ceci est réalisé en définissant des zones sûres à l’aide de capteurs lidar ou de cages physiques. Ainsi, la présence humaine est totalement interdite dans la zone de travail du robot pendant son fonctionnement.

Avec les progrès de l’intelligence artificielle, les robots autonomes pourraient éventuellement adopter un comportement plus proactif, planifiant leurs mouvements dans des environnements complexes et inconnus. Ces nouvelles fonctionnalités maintiennent la sécurité au premier plan et l’efficacité au second plan. Pour permettre à cette nouvelle génération de robot, des recherches sont en cours sur la détection humaine, la planification du mouvement, la reconstruction de scène, le comportement intelligent via la planification des tâches et le comportement conforme utilisant le contrôle de la force (schémas de contrôle d’impédance ou d’admittance).

Le but de la recherche HRI est de définir des modèles des attentes des humains en matière d’interaction entre robots afin de guider la conception des robots et le développement algorithmique permettant une interaction plus naturelle et plus efficace entre les humains et les robots. Les recherches vont du fonctionnement humain avec des véhicules sans pilote télécommandés à distance à la collaboration d’égal à égal avec des robots anthropomorphes.

Beaucoup dans le domaine de HRI étudient la manière dont les humains collaborent et interagissent et utilisent ces études pour motiver la manière dont les robots devraient interagir avec les humains.

Le but des interactions amicales homme-robot
Les robots sont des agents artificiels dotés de capacités de perception et d’action dans le monde physique, souvent désignés par les chercheurs comme un espace de travail. Leur utilisation a été généralisée dans les usines, mais on la retrouve aujourd’hui dans les sociétés les plus avancées technologiquement dans des domaines aussi critiques que la recherche et le sauvetage, la bataille militaire, la détection de mines et de bombes, l’exploration scientifique, l’application de la loi, le divertissement et les soins hospitaliers.

Ces nouveaux domaines d’applications impliquent une interaction plus étroite avec l’utilisateur. Le concept de proximité doit être pris dans son sens le plus complet: robots et humains partagent l’espace de travail mais partagent également des objectifs en termes d’accomplissement de la tâche. Cette interaction étroite nécessite de nouveaux modèles théoriques, d’une part pour les scientifiques en robotique qui s’emploient à améliorer l’utilité des robots et, d’autre part, pour évaluer les risques et les avantages de ce nouvel « ami » pour notre société moderne.

Avec le progrès de l’IA, la recherche se concentre sur une partie de l’interaction physique la plus sûre, mais également sur une interaction socialement correcte, dépendante de critères culturels. L’objectif est de créer une communication intuitive et facile avec le robot par le biais de la parole, des gestes et des expressions faciales.

Dautenhahn appelle l’interaction conviviale entre robot et robot la « Robotiquette » qui la définit comme « les règles sociales du comportement du robot (une » robotiquette « ) qui est confortable et acceptable pour les humains ». Le robot doit s’adapter à notre façon d’exprimer les désirs et les ordres. et pas le contraire. Mais les environnements quotidiens tels que les maisons ont des règles sociales beaucoup plus complexes que celles impliquées par les usines ou même les environnements militaires. Ainsi, le robot a besoin de percevoir et de comprendre les capacités pour construire des modèles dynamiques de son environnement. Il doit catégoriser les objets, reconnaître et localiser les êtres humains et approfondir leurs émotions. Le besoin de capacités dynamiques fait progresser chaque sous-domaine de la robotique.

De plus, en comprenant et en percevant les signaux sociaux, les robots peuvent permettre des scénarios de collaboration avec des humains. Par exemple, avec la montée rapide des machines de fabrication personnelle telles que les imprimantes 3D de bureau, les découpeuses au laser, etc., dans nos maisons, des scénarios peuvent se présenter où des robots peuvent partager le contrôle, la coordination et la réalisation de tâches ensemble. Les robots industriels ont déjà été intégrés à des chaînes de montage industrielles et travaillent en collaboration avec des humains. L’impact social de tels robots a été étudié et a montré que les travailleurs traitent toujours des robots et des entités sociales, s’appuient sur des signaux sociaux pour comprendre et travailler ensemble.

À l’autre bout de la recherche HRI, la modélisation cognitive de la «relation» entre l’homme et les robots profite aux psychologues et aux chercheurs en robotique. L’étude des utilisateurs a souvent des intérêts communs des deux côtés. Cette recherche fait partie de la société humaine. Pour une interaction robot humain-humanoïde efficace, de nombreuses compétences de communication et fonctionnalités associées doivent être mises en œuvre lors de la conception de tels agents / systèmes artificiels.

Simplification des interactions
Humanisation
Non seulement l’apparence est importante, mais les gestes ont également un rôle primordial. Plus l’apparence du robot est humanoïde, plus il sera facile à l’homme d’accepter sa compagnie.

Pour faciliter l’acceptation du robot par l’homme et assurer une interaction naturelle et sécurisée, rien n’est laissé au hasard, à commencer par l’apparition du robot. Ainsi, le matériau flexible choisi comme « peau » par Robopec aide à rendre leur robot expressif: « Reeti nous permet d’ajouter une interaction entre l’homme et le robot, à travers un panel d’émotions. La peau de Reeti est souple et déformable, imiter certaines émotions « , explique Christophe Rousset, fondateur de Robopec. Outre un visage expressif, des matériaux souples et intelligents permettent également un toucher plus sensible.

En outre, la reproduction des compétences sensorimotrices humaines sur un robot reste un défi essentiel pour la robotique. Ce fossé s’appelle entre intelligence artificielle et intelligence sensible: Paradoxe de Moravec.

Autonomie
L’AIST (Institut national des sciences et technologies industrielles avancées de Tsukuba), en collaboration avec le CNRS, travaille depuis 10 ans au développement de la communication entre humains et robots, notamment en tentant de créer un robot totalement autonome qui comprend et obéit à l’homme. Pour rendre cela possible, les scientifiques optent pour une approche centrée sur la perception trisensorielle. Grâce à iCub, un petit robot open source doté de trois sens (vision, audition et toucher), les chercheurs de l’Institut italien de technologie travaillent à améliorer le sens du toucher. iCub est un robot humanoïde capable d’interagir avec son environnement et les humains. Couvert de capteurs sensoriels, il peut reconnaître divers objets, les saisir sans les écraser et conserver leur nom.

Chez Akka Technologies, les ingénieurs ont intégré une couche d’intelligence artificielle à la voiture robotique Link and Go: «La voiture est capable de reconnaître le passager et, en fonction du temps et du contexte, de suggérer des itinéraires. Le robot devient alors une force de proposition. Mais quel que soit le niveau d’intelligence, l’homme doit toujours pouvoir reprendre la main, en particulier sur les robots collaboratifs dédiés au service.Loin des fictions du robot capable de prendre en main notre vie, Rodolphe Hasselvander, directeur de le Centre de Robotique Intégrée d’Ile-de-France (CRIIF) nous ramène à la réalité: « Nous ne sommes pas sur le point de disposer de robots autonomes. L’idée est d’avoir un robot contrôlé à distance.

Défis technologiques
– Matériaux intelligents: pour améliorer le sens du toucher.
– Capteurs sensoriels: pour mieux percevoir l’environnement.
– Puissance de calcul: pour définir en temps réel les trajectoires.
– Intelligence artificielle: apprendre à reconnaître l’environnement et à effectuer de nouvelles tâches.
– Mécanique: pour que les mouvements du robot paraissent naturels à l’homme. 3

Recherche générale sur l’IRH
Les recherches sur les HRI couvrent un large éventail de domaines, certains ayant trait à la nature des HRI.

Méthodes pour percevoir les humains
La plupart des méthodes ont pour objectif de construire un modèle 3D à travers une vision de l’environnement. Les capteurs de la proprioception permettent au robot d’avoir des informations sur son propre état. Cette information est relative à une référence.

Les méthodes de perception de l’homme dans l’environnement sont basées sur les informations du capteur. La recherche menée par Microsoft sur les composants de détection et les logiciels fournit des résultats utiles pour l’extraction de la cinématique humaine. Un exemple de technique plus ancienne consiste à utiliser des informations sur les couleurs, par exemple le fait que, pour les personnes à la peau claire, les mains sont plus légères que les vêtements portés. Dans tous les cas, un humain modélisé à priori peut alors être ajusté aux données du capteur. Le robot construit ou a (en fonction du niveau d’autonomie du robot) une cartographie 3D de son environnement auquel sont attribués les emplacements humains.

Un système de reconnaissance vocale est utilisé pour interpréter les désirs ou les commandes de l’homme. En combinant les informations inférées par la proprioception, le capteur et la parole, la position et l’état humains (debout, assis).

Méthodes de planification de mouvement
La planification de mouvement dans un environnement dynamique est un défi qui n’est atteint pour le moment que pour des robots de 3 à 10 degrés de liberté. Les robots humanoïdes ou même 2 robots armés pouvant avoir jusqu’à 40 degrés de liberté ne sont pas adaptés aux environnements dynamiques avec la technologie actuelle. Cependant, les robots de dimension inférieure peuvent utiliser la méthode du champ potentiel pour calculer des trajectoires en évitant les collisions avec l’homme.

Modèles cognitifs et théorie de l’esprit
Les humains présentent des réactions sociales et émotionnelles négatives ainsi qu’une confiance diminuée envers certains robots qui ressemblent de près, mais imparfaitement, aux humains. ce phénomène a été qualifié de « vallée mystérieuse ». Toutefois, des recherches récentes sur les robots de téléprésence ont montré que le fait de mimer les postures du corps humain et les gestes expressifs rendait les robots sympathiques et s’engageait dans un environnement isolé. En outre, la présence d’un opérateur humain a été ressentie plus fortement lorsqu’il a été testé avec un robot de téléprésence androïde ou humanoïde par rapport à une communication vidéo normale via un moniteur.

Bien qu’il existe un nombre croissant de recherches sur les perceptions des utilisateurs et leurs émotions à l’égard des robots, nous sommes encore loin d’une compréhension complète. Seules des expériences supplémentaires détermineront un modèle plus précis.

Sur la base de recherches antérieures, nous avons quelques indications sur le sentiment et le comportement actuels des utilisateurs concernant les robots:

Lors des interactions initiales, les personnes sont plus incertaines, anticipent moins de présence sociale et ont moins de sentiments positifs lorsqu’elles envisagent d’interagir avec des robots. Cette constatation a été appelée le script d’interaction d’homme à homme.
Il a été observé que lorsque le robot adopte un comportement proactif et ne respecte pas une « distance de sécurité » (en pénétrant dans l’espace utilisateur), l’utilisateur exprime parfois sa peur. Cette réaction de peur dépend de la personne.
Il a également été démontré que lorsqu’un robot n’a pas d’utilisation particulière, des sentiments négatifs sont souvent exprimés. Le robot est perçu comme inutile et sa présence devient agaçante.
Il a également été démontré que des personnes attribuaient au robot des caractéristiques de personnalité qui n’étaient pas implémentées dans un logiciel.

Méthodes de coordination homme-robot
Un grand nombre de travaux dans le domaine de l’interaction homme-robot a porté sur la manière dont les humains et les robots pourraient mieux collaborer. Le principal signal social pour les humains qui collaborent est la perception partagée d’une activité. À cette fin, les chercheurs ont étudié le contrôle robotique anticipé par diverses méthodes, notamment: surveiller les comportements de partenaires humains à l’aide de l’eye tracking, faire des déductions quant à l’intention de la tâche humaine et aux actions proactives de la part du robot. Les études ont révélé que le contrôle anticipatif aidait les utilisateurs à effectuer des tâches plus rapidement qu’avec le seul contrôle réactif.

Une approche commune pour programmer des signaux sociaux dans des robots consiste à étudier d’abord les comportements humain-humain, puis à transférer l’apprentissage. Par exemple, les mécanismes de coordination dans la collaboration homme-robot reposent sur des travaux en neuroscience qui ont permis de déterminer comment permettre une action conjointe dans la configuration homme-humain en étudiant la perception et l’action dans un contexte social plutôt que de façon isolée. Ces études ont révélé qu’il est essentiel de maintenir une représentation partagée de la tâche pour accomplir des tâches en groupe. Par exemple, les auteurs ont examiné la tâche de conduire ensemble en séparant les responsabilités d’accélération et de freinage, c’est-à-dire qu’une personne est responsable de l’accélération et l’autre du freinage; L’étude a révélé que les paires atteignaient le même niveau de performance que les individus uniquement après avoir reçu des informations sur le moment choisi pour agir. De même, les chercheurs ont étudié l’aspect du transfert interhumain humain avec des scénarios domestiques tels que le passage d’assiettes de table afin de permettre un contrôle adaptatif de celui-ci lors du transfert interhumain-robot. Plus récemment, les chercheurs ont étudié un système qui répartit automatiquement les tâches d’assemblage entre les travailleurs situés au même endroit afin d’améliorer la coordination.

Recherche HRI orientée application
En plus des recherches générales sur HRI, les chercheurs explorent actuellement des domaines d’application des systèmes d’interaction homme-robot. La recherche axée sur les applications est utilisée pour aider les technologies actuelles de la robotique à faire face aux problèmes actuels de la société. Bien que l’interaction homme-robot soit encore un domaine d’intérêt relativement jeune, il existe un développement et une recherche actifs dans de nombreux domaines.

Recherche HRI / OS
Le système d’exploitation d’interaction homme-robot (HRI / OS), « fournit un cadre logiciel structuré pour la constitution d’équipes homme-robot, prend en charge diverses interfaces utilisateur, permet à l’homme et aux robots d’engager un dialogue orienté sur les tâches et facilite l’intégration des robots via une API extensible « .

Chercher et sauver
Les premiers intervenants font face à de grands risques dans les contextes de recherche et sauvetage (SAR), qui impliquent généralement des environnements peu sûrs pour les voyages. En outre, la technologie offre des outils d’observation qui peuvent considérablement accélérer et améliorer la précision de la perception humaine. Les robots peuvent être utilisés pour répondre à ces préoccupations. Les recherches dans ce domaine portent notamment sur la détection par robot, la mobilité, la navigation, la planification, l’intégration et le contrôle à distance.

Des robots SAR ont déjà été déployés dans des environnements tels que l’effondrement du World Trade Center.

Les autres domaines d’application comprennent:

Divertissement
Éducation
Robotique de terrain
Robotique domestique et compagnon
Hospitalité
Réadaptation et soins aux aînés
Thérapie Assistée par Robot (RAT)