Architecture informatique pour un Compagnon Artificiel en interaction avec un utilisateur

L’interaction homme-machine

   Le domaine de l’interaction homme-machine a beaucoup évolué depuis 40 ans. A l’origine, les ordinateurs n’étaient que des outils pour les scientifiques utilisés en tant que supercalculateurs. L’apparition de la micro-informatique a donné un sens nouveau aux ordinateurs et a permis une émergence de l’informatique dans tous les foyers. Mais pour permettre d’intéresser un nombre maximum de personnes, les systèmes informatiques se sont adaptés aux utilisateurs. Ils sont devenus plus faciles et plus agréables à utiliser. Ce travail sur l’interaction entre l’homme et la machine a fait naître des environnements graphiques comme Xerox, Mac OS® ou Windows® ; des jeux vidéo utilisés par des millions de personnes ; des technologies permettant d’interagir de façon plus « naturelle » comme la KinectTM. Aujourd’hui, les ordinateurs ne sont plus les seuls périphériques informatiques existants. L’informatique est présente en tous lieux, et l’homme interagit chaque jour avec elle : dans sa voiture, à son domicile, dans les ascenseurs… L’interaction homme-machine est un domaine vaste et complexe. C’est également un domaine pluridisciplinaire. Les sciences humaines étudient les utilisateurs (comportements, usages, besoins…). L’électronique construit des systèmes de plus en plus puissants. L’ergonomie travaille sur l’acceptabilité et l’utilisabilité des systèmes. Beaucoup de domaines apportent leur pierre à l’édifice. L’informatique utilise ces données pour proposer des systèmes adaptés à l’être humain et qui respectent les contraintes définies par les autres domaines. Aujourd’hui, l’interaction homme-machine se doit d’être naturelle. En effet, l’homme souhaite pouvoir communiquer avec ses propres canaux de communication rendant la technologie la plus transparente possible. Cela permet aux utilisateurs de limiter le temps d’apprentissage de chaque nouvel objet avec lequel il doit interagir car ces objets sont nombreux, de natures et de formes différentes.

Le Compagnon Artificiel

   La notion de Compagnon Artificiel n’a pas la même origine que les deux autres (architecture informatique et interaction homme-machine). Elle n’appartient pas au monde de l’informatique. L’intégrer au domaine de l’interaction homme-machine demande de s’intéresser à sa définition afin de pouvoir l’adapter. D’après Larousse (2012), un compagnon est celui qui accompagne quelqu’un ; qui partage ses joies, ses peines, ses occupations, ses idées, sa vie… La notion de compagnon peut être définie de plusieurs façons, mais elle semble toujours faire référence à un être vivant et est étroitement liée à la vie d’une personne. Dans le domaine de l’interaction homme-machine les compagnons sont matérialisés de deux manières principales : sous forme de robot et sous forme d’agent virtuel. En robotique, les robots liés à l’homme, en dehors des robots industriels, sont des robots de service ou des robots compagnons. Les robots de service permettent d’assister l’homme dans les tâches de la vie quotidienne. Ils améliorent le quotidien des personnes en effectuant des tâches dans l’environnement. Les robots compagnons permettent d’apporter, en plus, un réconfort psychologique. Ils agissent sur les émotions pour favoriser le bien être des utilisateurs. Très souvent, ils visent les personnes fragilisées ou malades. L’objectif des années futures est de combiner services et compagnons pour que les robots puissent rendre service tout en étant capables de converser de façon intelligente et empathique. C’est un des objectifs que tente également d’atteindre la communauté des agents virtuels. Un agent virtuel est un personnage qui vit à travers un écran d’ordinateur, de téléphone mobile, de télévision… On peut considérer que le personnage peut être transporté partout avec l’humain (via son canal de communication). Le robot apporte une présence physique (rassurante) aux êtres humains. Le personnage virtuel, généralement plus expressif, offre une qualité de relation supérieure (grâce aux émotions, à l’empathie…). En plus des robots et des agents virtuels, il existe de nombreuses applications sur ordinateur qui permettent d’accompagner un être humain : les environnements de formations, les visites virtuelles… En informatique, un compagnon peut donc être un robot, un agent virtuel ou un logiciel. La technologie n’est pas encore suffisamment avancée pour fournir à l’utilisateur un compagnon qui puisse répondre à toutes ses attentes. Ainsi, un utilisateur possède plusieurs compagnons informatiques qui fonctionnent indépendamment. Il pourrait être intéressant de combiner les fonctionnalités de chacun des compagnons pour créer une sorte de « super compagnon ». Pour cela, il faut créer un système informatique qui acquière des informations sur l’utilisateur et son environnement, en utilisant les capteurs disponibles (caméra, microphone, thermomètre, …), et qui agit sur l’environnement grâce aux actionneurs présents (robot, bras mécanique, personnage virtuel, volet automatique, …). Ce système informatique est une entité abstraite capable de répondre aux besoins de l’utilisateur en utilisant les capteurs et les actionneurs nécessaires. C’est le Compagnon Artificiel de l’utilisateur.

Rôle de l’homme dans le Compagnon Artificiel

Différentes personnes sont en relation avec le Compagnon Artificiel :
 Les concepteurs : ils fournissent le matériel et hébergent le système. Ce sont les créateurs des objets numériques.
 Les prestataires : ils créent de nouveaux services en utilisant les fonctionnalités des objets numériques. Il devient possible d’utiliser un objet numérique d’une façon non prévue initialement par son concepteur. Dans le cas de la surveillance à domicile, des médecins peuvent donner des instructions pour que le système informatique détecte un danger et appelle les secours si besoin.
 L’utilisateur final : il interagit avec le système et utilise ses fonctionnalités. Dans le cas de la domotique (automatisation d’une maison), il peut programmer un certain nombre d’événements pour gérer son matériel. Chaque intervenant humain peut participer à l’évolution du système informatique en créant des scénarii d’usage.
Exemple
Dans le cas d’un thermostat :
 Concepteur : fournit un thermomètre et un chauffage.
 Prestataire de service : crée un scénario : « si la température atteint la température maximum autorisée alors le chauffage s’éteint sinon si la température atteint la température minimum alors le chauffage s’allume ».
 Utilisateur : personnalise le scénario en indiquant quelles sont les températures minimum et maximum souhaitées.
Au moment où un concepteur écrit le comportement de son objet numérique, il l’imagine dans un contexte précis. Cependant, un utilisateur peut vouloir utiliser l’objet numérique dans un autre contexte. Il est intéressant de proposer un système qui permette à un prestataire de service ou à un utilisateur d’écrire des nouveaux scenarii d’usage sans devoir créer un programme informatique complexe et sans devoir connaître, a priori, le contexte d’exécution de l’objet numérique. La création de scénario d’usage doit être simple et uniforme pour tous les capteurs et actionneurs de l’environnement et ne doit pas nécessiter des connaissances en informatique.

Modèle BDI

   Le modèle BDI (Belief-Desire-Intention) (Bratman 1999) a été créé pour la programmation d’agents intelligents. Plus précisément, il permet de décrire le comportement des agents cognitifs. Il a été créé par Michael Bratman, professeur de philosophie à Standford en 1999. La Figure 3 montre que ce modèle utilise trois concepts pour permettre un raisonnement de l’agent : les croyances (belief), les désirs (desire) et les intentions (intention). Les croyances d’un agent sont les informations que l’agent possède sur l’environnement et sur d’autres agents qui existent dans le même environnement. Une croyance n’est pas forcément vraie (contrairement à une connaissance) et peut évoluer au fur et à mesure que l’agent recueille des informations. Les désirs représentent les motivations de l’agent, c’est-à-dire les objectifs et les situations que l’agent souhaite atteindre. Les désirs ne sont pas forcément réalisés. L’agent effectue un processus de délibération dans lequel il confronte ses désirs et ses croyances et choisit un ensemble de désirs qui peuvent être satisfaits. Les intentions sont des désirs que l’agent a décidé d’accomplir. Les intentions sont persistances, cela signifie qu’un agent ne va pas les abandonner.

AmbiCop : Module d’arbitrage des actions

    AmbiCop est un module qui reçoit les informations de tous les interpréteurs AmbiLive qui tournent dans l’achitecture ArCo. AmbiCop a trois rôles principaux :
 Gestion des conflits : dans un contexte de multi-scénarii, il est possible que deux scénarii demandent à une même entité agissante d’effectuer une action utilisant les mêmes ressources au même moment. C’est ce que nous appelons conflit. Le gestionnaire du monde doit gérer ces conflits,
 Gestion des actions génériques : comme les perceptions symboliques, il est possible de créer des actions symboliques qui sont basées sur des actions réelles. Une action symbolique n’est pas associée à une entité agissante précise. Cela permet au gestionnaire du monde de choisir quelle entité est la plus adaptée pour effectuer cette action. En effet, lorsqu’une personne écrit un scénario, elle ne connait pas nécessairement en avance la meilleure entité pour effectuer l’action,
 Synchronisation des actions : l’élément ACTIONS_SYNC permet de déterminer plusieurs actions qui doivent commencer en même temps et être exécutées en même temps. Dans ce cas, il est important que les entités, qui sont utilisées par le scénario, ne soient pas déjà utilisées par d’autres scénarii. La gestionnaire du monde s’assure de lancer les actions lorsque les entités sont libres.

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE I. LE COMPAGNON ARTIFICIEL
A. DEFINITIONS
1. Les architectures informatiques
2. L’interaction homme-machine
3. Le Compagnon Artificiel
B. CONTEXTE : LE PROJET ROBADOM
1. Importance de l’autonomie à domicile
2. Importance de la technologie pour l’autonomie à domicile
3. Objectifs du projet
4. Axes étudiés
5. Participation des partenaires
C. INTERACTIONS DU COMPAGNON ARTIFICIEL
1. Rôle de l’homme dans le Compagnon Artificiel
2. Environnement ambiant du Compagnon Artificiel
CHAPITRE II. ETAT DE L’ART
A. COMPAGNONS LOGICIELS
B. COMPAGNONS ROBOTIQUES
1. Introduction
2. Architectures
C. COMPAGNONS VIRTUELS
D. INTELLIGENCE AMBIANTE
1. Origines de l’intelligence ambiante
2. Définitions de l’intelligence ambiante
3. Problématiques pertinentes
4. Applications
5. Perspectives de recherche en intelligence ambiante
E. DISCUSSION
CHAPITRE III. ARCHITECTURE ARCO : UNE REPONSE POUR LE COMPAGNON ARTIFICIEL
A. VOCABULAIRE
B. PRESENTATION D’ARCO
C. MICE : CADRICIEL POUR LA GESTION D’UN ENVIRONNEMENT MODULAIRE
1. Modules et communication
2. Données gérées par le serveur
3. Protocole de communication
4. AmbiPath : Module pour la création du chemin logique
D. ENTITES AGISSANTES : MODULES D’ENTREES ET SORTIES
E. AMBIPROG : OUTIL POUR LA CREATION DE SCENARIO
1. Scénario d’interaction
2. Configuration d’AmbiProg : un exemple
3. Présentation générale
4. Grammaire du langage généré par AmbiProg
5. Exemple de scénario
F. AMBILIVE : MODULE D’INTERPRETATION DES SCENARII
1. Gestion des entrées et sorties du module d’interprétation
2. Interprétation des perceptions symboliques
G. AMBICOP : MODULE D’ARBITRAGE DES ACTIONS
1. Organisation générale d’AmbiCop
2. Gestion des conflits
3. Gestion des actions génériques
4. Synchronisation des actions
CHAPITRE IV. STIMCARDS : UNE APPLICATION D’ARCO
A. STIMCARDS : UN JEU DANS LE CADRE DE LA STIMULATION COGNITIVE
B. STIMCARDS : SON FONCTIONNEMENT
1. Présentation
2. Modules utilisés
C. STIMCARDS : UN EXEMPLE
CHAPITRE V. DIFFERENTES EXPERIMENTATIONS INTERACTIVES MENEES AVEC ARCO
A. ETUDE SUR LA GESTUELLE D’UN ROBOT
B. EVALUATION D’AMBIPROG
C. EVALUATION DE STIMCARDS (ENFANTS ET PERSONNES AGEES)
D. EVALUATION DU MEILLEUR PARTENAIRE NUMERIQUE POUR STIMCARDS
E. EVALUATION D’AMBICOP
CONCLUSION

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