đź“° Apprendre aux robots Ă  improviser avec des outils inconnus

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Les humains sont très forts pour utiliser des outils de façon dĂ©tournĂ©e. Vous n’avez pas de cuillère ? Vous allez utiliser un stylo pour touiller votre cafĂ©. Il manque un boulon pour accrocher une lampe ? Un Ă©lastique fera temporairement l’affaire. Besoin (Les besoins se situent au niveau de l’interaction entre l’individu et l’environnement. Il est…) d’un plateau ? Un livre ou une tablette numĂ©rique (Une information numĂ©rique (en anglais « digital ») est une information…) suffiront. Cette capacitĂ© d’improvisation ne naĂ®t pas « ex nihilo », elle rĂ©sulte de capacitĂ©s cognitives qui nous permettent de faire des liens entre les objets, les outils Ă  notre disposition, leurs usages…


Quand on a jamais utilisĂ© un outil, ni mĂŞme vu cet outil ĂŞtre utilisĂ© par quelqu’un d’autre, comment fait-on ?

L’utilisation d’outils dans les robots a jusqu’Ă  prĂ©sent Ă©tĂ© considĂ©rĂ©e comme un problème d’exploration et d’apprentissage (L’apprentissage est l’acquisition de savoir-faire, c’est-Ă -dire le processus…): un robot a besoin de dĂ©couvrir comment un outil peut ĂŞtre utilisĂ©, soit en essayant diverses stratĂ©gies, soit en observant et en imitant d’autres humains ou robots. Dans notre Ă©tude parue dans Nature Machine Intelligence, nous avons montrĂ© que l’on pouvait apprendre aux robots Ă  penser de façon plus crĂ©ative, « outside the box », comme diraient les anglophones.

Pour permettre aux robots d’utiliser les outils de manière intuitive comme les humains, nous avons d’abord examinĂ© comment nous, les humains, sommes capables de le faire.

Notre robot détourne un outil pour attraper un seau.
Source: 1MOVIENIGHT

Vers la « cognition des outils » chez les robots

Un robot a besoin de ramasser un seau, mais le chemin est bloquĂ© par certains obstacles. Ce robot-ci ne peut pas dĂ©placer les obstacles ni sauter par-dessus. Mais il a pu chercher — et trouver — un bâton de nettoyage et l’utiliser comme outil pour ramasser le seau.

Cette utilisation simple d’un outil peut sembler Ă©vidente pour un humain, mais c’est un dĂ©fi complexe pour un robot.

En effet, l’utilisation d’outils nĂ©cessite d’abord que le robot comprenne qu’il ne peut pas effectuer une tâche sans outil (1). Il doit ensuite trouver un objet dans son environnement (L’environnement est tout ce qui nous entoure. C’est l’ensemble des Ă©lĂ©ments naturels et…) qu’il puisse utiliser comme outil pour effectuer la tâche demandĂ©e (2). Pour il doit trouver comment utiliser cet outil, c’est-Ă -dire dĂ©terminer les actions Ă  effectuer (3). Et enfin, bien sĂ»r, exĂ©cuter ces actions… et donc rĂ©aliser la tâche (4).

Les deuxième et troisième dĂ©fis sont des dĂ©fis cognitifs fondamentaux, pour lesquels les humains semblent ĂŞtre très bons… et les robots, nettement moins.

Notre nouvel algorithme de « cognition des outils » chez les robots fait un grand pas en avant pour répondre à ces défis.

Comment les humains reconnaissent-ils qu’un objet est suffisant pour servir d’outil pour une tâche donnĂ©e ?

Dans notre travail, nous avons catĂ©gorisĂ© des outils en fonction de la manière dont nous, humains, les utilisons. Cette catĂ©gorisation montre que les humains ne peuvent en fait reconnaĂ®tre intuitivement qu’une catĂ©gorie très spĂ©cifique d’outils.

Ces outils de « catégorie 1 » sont des outils qui permettent de réaliser des tâches qui sont déjà dans le répertoire humain. Par exemple, une pince nous aide à saisir des objets, mais nous pouvons déjà le faire avec nos doigts ; un marteau nous aide à frapper des objets, ce que nous pouvons déjà faire avec le poing.


Les gestes que l’on fait avec nos membres s’apparentent Ă  ceux que l’on fait avec des outils de catĂ©gorie 1.
Ganesh Gowrishankar, Fourni par l’auteur

L’utilisation de ces outils de « catĂ©gorie 1 » nĂ©cessite le mĂŞme geste que celui que nous ferions sans outil: une pince a besoin de vous pour pincer, ce qui est similaire Ă  ce que vous ferez avec vos doigts ; un marteau nĂ©cessite que vous fassiez des mouvements de frappe oscillants, et vous feriez le mĂŞme mouvement sans marteau.

Les outils de catégorie 1 sont probablement les plus courants dans la vie humaine et animale. Les premiers outils utilisés par les humains, des pierres pour frapper et casser les fruits et les couper, étaient des outils de catégorie 1, car les humains pouvaient effectuer ces tâches, avec des actions similaires, respectivement avec leur poing et leurs ongles. Et de fait, les outils utilisés par les animaux peuvent être classés en catégorie 1.

Nous appelons outils de « catégorie 2 » les outils qui permettent de réaliser des tâches que les humains savent réaliser sans outil mais avec des gestes bien différents (comme un cric de voiture pour soulever une voiture).

Les outils de catégorie 3 permettent de réaliser des tâches qui sortent du répertoire humain (comme un aspirateur ou une tronçonneuse).

Ces outils de catĂ©gories 2 et 3 ne peuvent pas ĂŞtre utilisĂ©s intuitivement par les humains: il faut lire des instructions, imiter un autre utilisateur, ou explorer l’outil pour dĂ©couvrir comment l’utiliser.

Les outils que les humains utilisent intuitivement

On croit en psychologie que l’une des raisons pour lesquelles les humains sont bons dans l’utilisation des outils est que l’utilisation des outils conduit Ă  une « incarnation » des outils, c’est-Ă -dire que le cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite…) finit par considĂ©rer les outils comme une « extension » de notre corps.

Dans nos travaux sur « l’incarnation » de l’outil et du membre par l’homme, nous avons observĂ© que la similaritĂ© des caractĂ©ristiques d’un objet avec les caractĂ©ristiques fonctionnelles du membre est importante pour son incarnation.

Cette observation, ainsi que notre caractĂ©risation des outils suggèrent que pour identifier les outils de catĂ©gorie 1, les humains utilisent peut-ĂŞtre leurs membres comme rĂ©fĂ©rence: un marteau est reconnu comme un outil pour frapper des objets car il ressemble beaucoup Ă  un poing et Ă  un bras, une pince est reconnue comme un outil pour pincer car elle ressemble Ă  des doigts purs, et de mĂŞme, une assiette ressemble Ă  une paume et un bol ressemble Ă  des mains en coupe. En identifiant (En informatique, on appelle identifiants (Ă©galement appelĂ© parfois en anglais login) les…) et en comparant la posture (En posturologie, la posture est l’Ă©laboration et le maintien actif de la configuration des…) de nos membres lorsque nous effectuons une tâche, nous pouvons identifier les outils qui peuvent ĂŞtre utilisĂ©s pour la tâche effectuĂ©e avec la mĂŞme posture.

Utiliser la similitude avec ses membres est l’idĂ©e clĂ© qui est utilisĂ©e pour programmer notre robot.

Apprendre aux robots Ă  reconnaĂ®tre les outils qui ressemblent Ă  ce qu’ils connaissent

Notre algorithme utilise cette idĂ©e pour permettre aux robots de reconnaĂ®tre les objets (mĂŞme ceux qu’ils voient pour la première fois) comme des outils pour chaque tâche qu’ils ont la capacitĂ© d’effectuer « sans outils » (c’est-Ă -dire avec leurs membres, sans objet supplĂ©mentaire).


Un robot utilise un outil qu’il ne connaissait pas, par analogie avec sa main.
Ganesh Gowrishankar, Fourni par l’auteur

Une fois qu’un robot a appris Ă  effectuer une tâche avec ses membres, notre algorithme lui permet d’utiliser ses membres comme rĂ©fĂ©rence pour reconnaĂ®tre les outils qui l’aident Ă  accomplir la mĂŞme tâche. De plus, par dĂ©finition, comme les outils de catĂ©gorie 1 nĂ©cessitent la mĂŞme action que sans outils, le robot peut utiliser la mĂŞme compĂ©tence (« contrĂ´leur ») pour utiliser l’outil en augmentant simplement sa cinĂ©matique (En physique, la cinĂ©matique est la discipline de la mĂ©canique qui Ă©tudie le…) corporelle en fonction du nouvel outil.
Le robot n’a pas besoin d’avoir dĂ©jĂ  utilisĂ© un seul outil ni mĂŞme d’avoir observĂ© l’utilisation des outils par d’autres.

Dans notre proposition, nous fournissons Ă©galement un algorithme de planification de prĂ©hension pour saisir et utiliser les outils identifiĂ©s. Contrairement aux algorithmes prĂ©cĂ©demment dĂ©crits dans la littĂ©rature scientifique, le nĂ´tre est le premier Ă  permettre aux robots d’utiliser des outils sans avoir Ă  apprendre au prĂ©alable avec les mĂŞmes outils ou avec d’autres outils.

Cependant, pour le moment, notre algorithme permet uniquement aux robots d’utiliser des outils de catĂ©gorie 1, c’est-Ă -dire des outils pour les tâches que le robot est capable d’effectuer sans outils. Pour les outils de catĂ©gories 2 et 3, un apprentissage ou une observation (suivi d’une imitation) sont nĂ©cessaires, Ă  l’instar des algorithmes d’utilisation d’outils prĂ©cĂ©dents.

De plus, on peut Ă©tendre l’algorithme Ă  l’utilisation d’outils similaires Ă  ceux dĂ©jĂ  connus du robot: en gros, on remplace la « similaritĂ© avec un membre » par « similaritĂ© avec un outil connu », comme suggĂ©rĂ© par les algorithmes prĂ©cĂ©demment dĂ©crits.

Mais comme nous l’avons vu, les outils de catĂ©gorie 1 semblent ĂŞtre les outils les plus basiques chez l’homme et l’animal et nous pensons donc que notre algorithme constitue une Ă©tape significative vers la cognition des outils chez les robots.



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