CHOIX DE LA TECHNOLOGIE DE DEVELOPPEMENT
Revue de la littรฉrature
En 1973, lโUniversitรฉ Waseda ร Tokyo lance la construction dโun robot humanoรฏde reprenant certaines formes humaines. Cet androรฏde est le premier robot capable de marcher sur ses jambes. Il รฉtait รฉgalement capable de communiquer avec une personne en japonais et de manier certains objets. (Behnke, 2008) Dans la continuitรฉ, la suite des premiรจres formes de robots humanoรฏdes sont arrivรฉes au milieu des annรฉes 1980, notamment dans le cadre du projet ASIMO de la firme nippone Honda. (Hirose & Ogawa, 2007) Pour les premiers robots, les recherches se sont principalement focalisรฉes sur la marche droite et leur maintien debout. Comme dรฉcrit ici, il a fallu aux entreprises et universitรฉ prรฉsentes dans la course ร la crรฉation dโandroรฏde acquรฉrir les bases en robotique jusquโau dรฉbut du nouveau millรฉnaire. De nombreux modรจles ont รฉtรฉ prรฉsentรฉs et ont comptรฉ un grand nombre de degrรฉs de libertรฉ, capacitรฉ de se mouvoir selon un axe de translation ou de rotation.
Ces derniers nโรฉtaient toutefois que rarement douรฉs dโintelligence ou dโautonomie dans la mobilitรฉ. En 2008, Sven Behnke rapporte dans un article retraรงant lโhistoire des robots humanoรฏdes que les principales recherches dans ce milieu se font sur la locomotion (sur deux jambes), la manipulation dโobjets, la perception audiovisuelle, les interactions entre robots et humains, le contrรดle adaptatif et lโapprentissage. (Behnke, 2008) Dans le cadre des interactions homme-machine, il est important de pouvoir retrouver des liens sociaux similaires ou รฉgaux ร ceux des รฉchanges entre humains. Pour ce faire, il est nรฉcessaire aux robots humanoรฏdes dโรชtre douรฉs de la parole, de pouvoir se faire comprendre par des expressions du visage, des gestes, des mouvements, etc. (Goodrich & Schultz, 2007) (Behnke, 2008)
Ce champ de recherche est apparu dans le courant des annรฉes 1990 et le dรฉbut des annรฉes 2000. Le robot iCub du projet open source europรฉen RobotCub permet de donner des premiรจres rรฉponses aux besoins de paroles, de gestes/mouvements et dโexpression du visage. (iCub.org, 2019) (Churamani , Cruz, Griffiths, & Barros, 2016) Dโautres robots de communications ont รฉtรฉ dรฉveloppรฉs par le MIT, Leonardo et Kismet ou un humanoรฏde de lโUniversitรฉ de Waseda. Ces trois modรจles sont pourvus de visages expressifs (Breazeal, 2002) (Breazeal, et al., 2004) (Miwa, et al., 2004). Par le biais de mouvement des sourcils, de la bouche ou dโautres parties du visage, certains robots peuvent afficher des รฉmotions. En outre, il est relevรฉ dans lโarticle de Behnke quโen plus des expressions du visage, il est possible dโenrichir lโรฉmission dโรฉmotion des humanoรฏdes au travers de leur voix synthรฉtique. Il sera question de moduler la voix (hauteur tonale, vitesse de parole ou la sonie/bruyance). (Behnke, 2008)
Certains robots ont un affichage รฉmotionnel. En bougeant les sourcils, les paupiรจres, la bouche et รฉventuellement d’autres parties du visage, un certain nombre d’รฉmotions de base peuvent รชtre exprimรฉes. L’expression de l’รฉtat รฉmotionnel peut รชtre soutenue en adaptant la hauteur tonale, la sonie et la vitesse de la parole synthรฉtisรฉe. Dans la continuitรฉ de ce point, une รฉtude rรฉalisรฉe en 2010 au Japon ร chercher ร comparer lโidentification des mouvements affectifs des robots par des sujets (15 personnes รขgรฉes et 17 รฉtudiants universitaires). Trois types de mouvements affectifs ont รฉtรฉ implรฉmentรฉs : plaisir, colรจre et tristesse. Il rรฉsulte des diffรฉrences pour lโidentification des รฉmotions, lโattention sur les parties du corps et lโimpression de vitesse et de magnitude de ces mouvements entre les plus jeunes et les plus รขgรฉs. (Nomura & Nakao, 2010)
Dans un cadre similaire, une รฉtude a รฉtรฉ menรฉe au Japon sur des sujets รขgรฉs et des รฉtudiants universitaires. Elle a eu pour but dโanalyser les comportements et les impressions envers un robot humanoรฏde et un robot virtuel. Il en ressort que les personnes รขgรฉes ont plus de respect que les รฉtudiants pour le robot et surtout que les sujets รขgรฉs ressentaient plus dโimpressions positives provenant des robots que les universitaires. (Nomura & Sasa, 2009) Un article du New-York Times de 2010 rapporte les propos de Patricia Kuhl, Universitรฉ de Washington qui suggรจre que ยซ [โฆ] le bon type de technologie ร une pรฉriode critique du dรฉveloppement dโun enfant, ils [les robots] pourraient complรฉter lโapprentissage en salle de classe ยป (Carey & Markoff, 2010).
En 2007, une รฉtude menรฉe par deux chercheurs corรฉens, Namin Shin et Sangah Kim, visait ร prendre le pouls des รฉlรจves par rapport ร la prรฉsence dโun robot en classe officiant comme enseignant. Lโรฉtude a compris 85 sujets de lโรฉcole primaire (10 ans, รขge moyen) ร des รฉlรจves de secondaire (17 ans, รขge moyen). Il ressort nettement des donnรฉes des entretiens, du point de vue des enfants, que les robots enseignants manquaient clairement dโรฉmotion. Pour approfondir la question, les examinateurs ont demandรฉ aux รฉlรจves quโest-ce que cโรฉtait un ยซ enseignant ayant des รฉmotions ยป. Ils lโont dรฉcrit comme une personne comprรฉhensive, attentionnรฉe et humaine. Les chercheurs comprenant que lโaspect affectif semblait faire dรฉfaut. Ils ont demandรฉ aux enfants quโelle serait leur point de vue si le robot avait des รฉmotions. Certains des รฉlรจves ont changรฉ leur opinion se disant prรชt ร considรฉrer les robots comme des sujets indรฉpendants. Il est intรฉressant de relever que des enfants ont รฉgalement pris les robots prรฉsents en classe comme des rivaux contre qui il fallait rivaliser et non comme des enseignants. (Shin & Kim, 2007)
Robots humanoรฏdes
Dans ce chapitre, nous allons dรฉcouvrir les cousins et les aรฏeuls du robot NAO qui ont pris place dans le quotidien des humains ou qui ont รฉtรฉ utilisรฉs dans des buts scientifiques. Les robots humanoรฏdes sont prรฉsentรฉs de maniรจre chronologique vis-ร -vis de leur dรฉveloppement. Cette liste non-exhaustive passe par les premiers robots qui ont permis de mettre en place les premiรจres notions de marche, de saisie dโobjets et de communication jusquโaux robots lรฉgers, multifonctions et peu encombrants actuels. En amont, il sโagit de comprendre le terme principal ยซ humanoรฏde ยป. Le dictionnaire franรงais Larousse dรฉfinit le nom masculin ยซ Humanoรฏde ยป comme suit : ยซ Dans le langage de la science-fiction, รชtre ou robot ร l’image de l’homme ยป (Larousse, 2018). Cette dรฉfinition succincte ne permet pas de saisir pleinement les tenants et aboutissants de ce terme, mais reste, selon le dictionnaire, cantonnรฉ ร la science-fiction. Toutefois, elle permet de mettre en lumiรจre que le robot humanoรฏde peut reprรฉsenter autant un รชtre vivant quโun robot. Il faut dรจs lors le coupler au mot ยซ robot ยป ou utiliser lโun de ses synonymes venant du grec ยซ Androรฏde ยป. Fait intรฉressant le terme ยซ Robot ยป vient du tchรจque robota et signifie ยซ travail forcรฉ ยป, il a รฉtรฉ inventรฉ en 1920 par K. ฤapek dans sa piรจce de thรฉรขtre ยซ Rossum’s Universal Robots ยป (Larousse, 2018) (RTSInfo, Pascal Wassmer, 2019).
En 2006, le Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) en France informait par communiquรฉ de presse accueillir le premier robot humanoรฏde, HRP-2, implantรฉ hors du Japon. Le CNRS dรฉcrivait les androรฏdes comme (โฆ) un systรจme mรฉcanique anthropomorphe muni de bras permettant la manipulation dโobjets, de jambes pour la locomotion sur diverses formes de surfaces, et dโune tรชte munie de camรฉras pour la perception de lโenvironnement. Il se caractรฉrise par sa complexitรฉ physique qui sโinspire de celle du corps humain. (CNRS, 2006) Rita Baddoura-Gaugler dans le cadre de son travail de doctorat datant de 2013 dรฉpeint le robot humanoรฏde comme รฉtant un dispositif sophistiquรฉ anthropomorphe fait de mรฉcanique, dโรฉlectronique et dโinformatique. Elle le dรฉcrit comme capable de rรฉaliser des actions automatisรฉes.
Physiquement, elle le compare ร lโhomme et le reprรฉsente avec des bras pour manipuler des objets, des jambes pour se mouvoir et dโune tรชte lui permettant de percevoir lโenvironnement qui lโentoure. MM. Baskaran, Ramesh, Karrathik ajoutent que les androรฏdes ont un torse, รฉlรฉment indispensable, mais non-citรฉ prรฉcรฉdemment. Les robots humanoรฏdes peuvent รชtre considรฉrรฉs comme tels mรชme si seulement modรฉlisรฉs depuis la taille/tronc. Des propos qui corroborent et affinent la description รฉmise par le CNRS. (Baskaran, Ramesh, & Karrthik, 2018) Le terme robotique dรฉfinit la science et la technique ยซ de la robotisation, de la conception et de la construction des robots selon le Larousse ยป (Larousse, 2018). Une รฉtude indienne publiรฉe en 2018 รฉvoque le fait que la robotique nโest plus considรฉrรฉe comme un domaine รฉmergent alors quโil lโรฉtait encore au cours des 10 derniรจres annรฉes. Le domaine est en croissance continue et ne cesse dโouvrir de nouvelles pistes de recherches. (Baskaran, Ramesh, & Karrthik, 2018) Dans la continuitรฉ de son รฉtude, Rita Baddoura-Gaugle approfondit le groupement de mots ยซ robot humanoรฏde androรฏde ยป, il sโagit dโun robot ayant des ressemblances morphologiques encore plus avancรฉes avec lโhumain. Ce type de robot autonome est dotรฉ de la capacitรฉ lโautocorrection et de lโautoapprentissage. (Baddoura-Gaugler, 2013)
Les domaines qui utilisent des robots humanoรฏdes sont nombreux et traitent de sujets variรฉs. Rita Baddoura-Gaugle, en 2013, รฉtablit une liste de domaines allant de lโindustrie automobile et agroalimentaire, la mรฉdecine, le milieu militaire, la recherche spatiale, les loisirs, les arts, la santรฉ mentale, le milieu domestique ou encore lโรฉducation. MM. Baskaran, Ramesh, Karrathik รฉvoquent les actuelles et futures portรฉes des รฉtudes de la recherche dans le monde robotique dans un article publiรฉ dans le International Journal of Robotics and Autonomous Systems de 2018. Cette รฉtude, qui sโรฉtend sur la recherche en gรฉnรฉral dans la robotique, reprend รฉgalement les domaines indiquรฉs ci-dessus. En 2019, Bruno Siciliano et Oussama Khatib rapportent quโau dรฉbut de ce siรจcle, grรขce aux progrรจs technologiques et ร la maturitรฉ du terrain, la robotique a vรฉcu une mutation majeure quant ร sa portรฉe et ses dimensions. La robotique nโรฉtait avant cela un terrain, presque exclusivement, rรฉservรฉ aux domaines industriels. Depuis, elle sโest รฉtendue vers des domaines diffรฉrents et vient en aide au monde humain. Les robots devraient coexister avec les humains dans leurs rรฉsidences, sur le lieu de travail et y fourniraient de lโaide ยซ en matiรจre de services, de divertissement, dโรฉducation, de soins de santรฉ, de fabrication et dโassistance ยป (Siciliano & Kathib, 2019).
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Table des matiรจres
REMERCIEMENTS
ABRรVIATIONS
RรSUMร
1 INTRODUCTION
1.1 CONTEXTE GรNรRAL
1.2 CYBERLEARN
1.3 PROBLรMATIQUE
1.4 CADRE ACADรMIQUE
1.5 OBJECTIF DE LโรTUDE
1.6 PORTรE ET LIMITES DE LโรTUDE
1.7 DรROULEMENT DE LโรTUDE
2 MรTHODOLOGIE
2.1 HYPOTHรSE DE RECHERCHE
2.2 MรTHODOLOGIE DE RECHERCHE
2.2.1 Phase I โ Analyse
2.2.2 Phase II โ Dรฉveloppement
2.2.3 Phase III โ Test sur panel dโutilisateurs
2.2.4 Phase IV โ Analyse et synthรจse des rรฉsultats
2.3 REVUE DE LA LITTรRATURE
3 ROBOTS HUMANOรDES
3.1 ASIMO
3.2 ACTROID
3.3 KHR
3.4 WAKAMARU
3.5 HRP
3.6 ROBOSAPIEN
3.7 ICUB
3.8 UBTECH
3.8.1 UBTech Lynx
3.8.2 UBTech Alpha 1 Pro
3.9 PEPPER
3.10 SYNTHESE
4 NAO
4.1 SPECIFICATIONS DU MATERIEL
4.2 LANGUES SUPPORTEES
4.3 DEVELOPPEMENT
4.3.1 Choregraphe
4.3.2 NAOqi APIs
4.3.3 SDK
4.3.4 NAOqi Framework
4.4 CAPACITES EMBARQUEES
4.5 APPLICATIONS EXISTANTES
5 LES EMOTIONS
5.1 ROLE DES EMOTIONS
5.2 MANIFESTATION DES EMOTIONS
5.2.1 Voix
5.2.2 Gestuelle et mouvement
5.2.3 Colorisation des รฉmotionsย
5.3 LE ROLE DES EMOTIONS DANS LโAPPRENTISSAGE
5.4 SYNTHESE
6 NAO ET รMOTIONS
6.1 MODULES DโรMOTIONS
6.2 รMOTIONS ET VOIX
6.3 รMOTIONS ET MOUVEMENTS
6.4 รMOTIONS ET COULEURS
7 CAS PRATIQUE
7.1 CHOIX DU CAS PRATIQUE
7.2 SCENARIO DโAPPRENTISSAGE
7.3 CHOIX DE LA TECHNOLOGIE DE DEVELOPPEMENT
7.4 CREATION DU PROTOTYPE
7.4.1 Dรฉfinition prรฉcise du scรฉnario orale
7.4.2 Reconnaissance vocale
7.4.3 Gรฉnรฉrations des รฉmotions
7.4.4 Analyse de lโรฉtat รฉmotionnel des sujets
8 ENTRETIENS ET TEST DU PROTOTYPE
8.1 OBJECTIFS
8.2 APPROCHE QUALITATIVE
8.3 รCHANTILLON
8.4 DEROULEMENT DES ENTRETIENS
8.5 QUESTIONNAIRE
8.6 RESULTATS
8.7 SUIVI DE LA PROGRESSION
8.8 FEEDBACK SUR LโETAT EMOTIONNEL
8.9 FEEDBACKS UNIQUES
8.10 SYNTHESE DES RESULTATS
9 SYNTHESE ET CONCLUSION
9.1 SYNTHรSE GLOBALE
9.2 DIFFICULTรS RENCONTRรES
9.3 AMรLIORATIONS POSSIBLES
9.4 PERSPECTIVES FUTURES
9.5 CONCLUSIONS
ATTESTATION
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
RรFรRENCES
ANNEXES
DESCRIPTIF DU TRAVAIL DE MASTER
PLANIFICATION PRรVUE
PLANIFICATION RรALISรE
SCรNARIO DU PROTOTYPE
RรSULTATS DES ENTRETIENS
DONNรES DE SUIVI DE LA PROGRESSION ET RECONNAISSANCE VOCALE
CAS PRATIQUE
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