CHOIX DE LA TECHNOLOGIE DE DEVELOPPEMENT

Revue de la littérature

En 1973, l’Université Waseda à Tokyo lance la construction d’un robot humanoïde reprenant certaines formes humaines. Cet androïde est le premier robot capable de marcher sur ses jambes. Il était également capable de communiquer avec une personne en japonais et de manier certains objets. (Behnke, 2008) Dans la continuité, la suite des premières formes de robots humanoïdes sont arrivées au milieu des années 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 focalisées sur la marche droite et leur maintien debout. Comme décrit ici, il a fallu aux entreprises et université présentes dans la course à la création d’androïde acquérir les bases en robotique jusqu’au début du nouveau millénaire. De nombreux modèles ont été présentés et ont compté un grand nombre de degrés de liberté, capacité de se mouvoir selon un axe de translation ou de rotation.

Ces derniers n’étaient toutefois que rarement doués d’intelligence ou d’autonomie dans la mobilité. En 2008, Sven Behnke rapporte dans un article retraçant l’histoire des robots humanoïdes que les principales recherches dans ce milieu se font sur la locomotion (sur deux jambes), la manipulation d’objets, la perception audiovisuelle, les interactions entre robots et humains, le contrôle adaptatif et l’apprentissage. (Behnke, 2008) Dans le cadre des interactions homme-machine, il est important de pouvoir retrouver des liens sociaux similaires ou égaux à ceux des échanges entre humains. Pour ce faire, il est nécessaire aux robots humanoïdes d’être doués 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 années 1990 et le début des années 2000. Le robot iCub du projet open source européen RobotCub permet de donner des premières réponses aux besoins de paroles, de gestes/mouvements et d’expression du visage. (iCub.org, 2019) (Churamani , Cruz, Griffiths, & Barros, 2016) D’autres robots de communications ont été développés par le MIT, Leonardo et Kismet ou un humanoïde de l’Université de Waseda. Ces trois modèles 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 d’autres parties du visage, certains robots peuvent afficher des émotions. En outre, il est relevé dans l’article de Behnke qu’en plus des expressions du visage, il est possible d’enrichir l’émission d’émotion des humanoïdes au travers de leur voix synthétique. Il sera question de moduler la voix (hauteur tonale, vitesse de parole ou la sonie/bruyance). (Behnke, 2008)

Certains robots ont un affichage émotionnel. En bougeant les sourcils, les paupières, la bouche et éventuellement d’autres parties du visage, un certain nombre d’émotions de base peuvent être exprimées. L’expression de l’état émotionnel peut être soutenue en adaptant la hauteur tonale, la sonie et la vitesse de la parole synthétisée. Dans la continuité de ce point, une étude réalisée en 2010 au Japon à chercher à comparer l’identification des mouvements affectifs des robots par des sujets (15 personnes âgées et 17 étudiants universitaires). Trois types de mouvements affectifs ont été implémentés : plaisir, colère et tristesse. Il résulte des différences pour l’identification des émotions, l’attention sur les parties du corps et l’impression de vitesse et de magnitude de ces mouvements entre les plus jeunes et les plus âgés. (Nomura & Nakao, 2010)

Dans un cadre similaire, une étude a été menée au Japon sur des sujets âgés et des étudiants universitaires. Elle a eu pour but d’analyser les comportements et les impressions envers un robot humanoïde et un robot virtuel. Il en ressort que les personnes âgées ont plus de respect que les étudiants pour le robot et surtout que les sujets âgés ressentaient plus d’impressions positives provenant des robots que les universitaires. (Nomura & Sasa, 2009) Un article du New-York Times de 2010 rapporte les propos de Patricia Kuhl, Université de Washington qui suggère que « […] le bon type de technologie à une période critique du développement d’un enfant, ils [les robots] pourraient compléter l’apprentissage en salle de classe » (Carey & Markoff, 2010).

En 2007, une étude menée par deux chercheurs coréens, Namin Shin et Sangah Kim, visait à prendre le pouls des élèves par rapport à la présence d’un robot en classe officiant comme enseignant. L’étude a compris 85 sujets de l’école primaire (10 ans, âge moyen) à des élèves de secondaire (17 ans, âge moyen). Il ressort nettement des données des entretiens, du point de vue des enfants, que les robots enseignants manquaient clairement d’émotion. Pour approfondir la question, les examinateurs ont demandé aux élèves qu’est-ce que c’était un « enseignant ayant des émotions ». Ils l’ont décrit comme une personne compréhensive, attentionnée et humaine. Les chercheurs comprenant que l’aspect affectif semblait faire défaut. Ils ont demandé aux enfants qu’elle serait leur point de vue si le robot avait des émotions. Certains des élèves ont changé leur opinion se disant prêt à considérer les robots comme des sujets indépendants. Il est intéressant de relever que des enfants ont également pris les robots présents en classe comme des rivaux contre qui il fallait rivaliser et non comme des enseignants. (Shin & Kim, 2007)

Robots humanoïdes

Dans ce chapitre, nous allons découvrir les cousins et les aïeuls du robot NAO qui ont pris place dans le quotidien des humains ou qui ont été utilisés dans des buts scientifiques. Les robots humanoïdes sont présentés de manière chronologique vis-à-vis de leur développement. Cette liste non-exhaustive passe par les premiers robots qui ont permis de mettre en place les premières notions de marche, de saisie d’objets et de communication jusqu’aux robots légers, multifonctions et peu encombrants actuels. En amont, il s’agit de comprendre le terme principal « humanoïde ». Le dictionnaire français Larousse définit le nom masculin « Humanoïde » comme suit : « Dans le langage de la science-fiction, être ou robot à l’image de l’homme » (Larousse, 2018). Cette définition succincte ne permet pas de saisir pleinement les tenants et aboutissants de ce terme, mais reste, selon le dictionnaire, cantonné à la science-fiction. Toutefois, elle permet de mettre en lumière que le robot humanoïde peut représenter autant un être vivant qu’un robot. Il faut dès lors le coupler au mot « robot » ou utiliser l’un de ses synonymes venant du grec « Androïde ». Fait intéressant le terme « Robot » vient du tchèque robota et signifie « travail forcé », il a été inventé en 1920 par K. Čapek dans sa pièce de théâtre « Rossum’s Universal Robots » (Larousse, 2018) (RTSInfo, Pascal Wassmer, 2019).

En 2006, le Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) en France informait par communiqué de presse accueillir le premier robot humanoïde, HRP-2, implanté hors du Japon. Le CNRS décrivait les androïdes comme (…) un système mécanique anthropomorphe muni de bras permettant la manipulation d’objets, de jambes pour la locomotion sur diverses formes de surfaces, et d’une tête munie de caméras pour la perception de l’environnement. Il se caractérise par sa complexité physique qui s’inspire de celle du corps humain. (CNRS, 2006) Rita Baddoura-Gaugler dans le cadre de son travail de doctorat datant de 2013 dépeint le robot humanoïde comme étant un dispositif sophistiqué anthropomorphe fait de mécanique, d’électronique et d’informatique. Elle le décrit comme capable de réaliser des actions automatisées.

Physiquement, elle le compare à l’homme et le représente avec des bras pour manipuler des objets, des jambes pour se mouvoir et d’une tête lui permettant de percevoir l’environnement qui l’entoure. MM. Baskaran, Ramesh, Karrathik ajoutent que les androïdes ont un torse, élément indispensable, mais non-cité précédemment. Les robots humanoïdes peuvent être considérés comme tels même si seulement modélisés depuis la taille/tronc. Des propos qui corroborent et affinent la description émise par le CNRS. (Baskaran, Ramesh, & Karrthik, 2018) Le terme robotique définit la science et la technique « de la robotisation, de la conception et de la construction des robots selon le Larousse » (Larousse, 2018). Une étude indienne publiée en 2018 évoque le fait que la robotique n’est plus considérée comme un domaine émergent alors qu’il l’était encore au cours des 10 dernières années. Le domaine est en croissance continue et ne cesse d’ouvrir de nouvelles pistes de recherches. (Baskaran, Ramesh, & Karrthik, 2018) Dans la continuité de son étude, Rita Baddoura-Gaugle approfondit le groupement de mots « robot humanoïde androïde », il s’agit d’un robot ayant des ressemblances morphologiques encore plus avancées avec l’humain. Ce type de robot autonome est doté de la capacité l’autocorrection et de l’autoapprentissage. (Baddoura-Gaugler, 2013)

Les domaines qui utilisent des robots humanoïdes sont nombreux et traitent de sujets variés. Rita Baddoura-Gaugle, en 2013, établit une liste de domaines allant de l’industrie automobile et agroalimentaire, la médecine, le milieu militaire, la recherche spatiale, les loisirs, les arts, la santé mentale, le milieu domestique ou encore l’éducation. MM. Baskaran, Ramesh, Karrathik évoquent les actuelles et futures portées des études de la recherche dans le monde robotique dans un article publié dans le International Journal of Robotics and Autonomous Systems de 2018. Cette étude, qui s’étend sur la recherche en général dans la robotique, reprend également les domaines indiqués ci-dessus. En 2019, Bruno Siciliano et Oussama Khatib rapportent qu’au début de ce siècle, grâce aux progrès technologiques et à la maturité du terrain, la robotique a vécu une mutation majeure quant à sa portée et ses dimensions. La robotique n’était avant cela un terrain, presque exclusivement, réservé aux domaines industriels. Depuis, elle s’est étendue vers des domaines différents et vient en aide au monde humain. Les robots devraient coexister avec les humains dans leurs résidences, sur le lieu de travail et y fourniraient de l’aide « en matière de services, de divertissement, d’éducation, de soins de santé, de fabrication et d’assistance » (Siciliano & Kathib, 2019).

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Table des matières

REMERCIEMENTS
ABRÉVIATIONS
RÉSUMÉ
1 INTRODUCTION
1.1 CONTEXTE GÉNÉRAL
1.2 CYBERLEARN
1.3 PROBLÉMATIQUE
1.4 CADRE ACADÉMIQUE
1.5 OBJECTIF DE L’ÉTUDE
1.6 PORTÉE ET LIMITES DE L’ÉTUDE
1.7 DÉROULEMENT DE L’ÉTUDE
2 MÉTHODOLOGIE
2.1 HYPOTHÈSE DE RECHERCHE
2.2 MÉTHODOLOGIE DE RECHERCHE
2.2.1 Phase I – Analyse
2.2.2 Phase II – Développement
2.2.3 Phase III – Test sur panel d’utilisateurs
2.2.4 Phase IV – Analyse et synthèse des résultats
2.3 REVUE DE LA LITTÉRATURE
3 ROBOTS HUMANOÏDES
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 émotions
5.3 LE ROLE DES EMOTIONS DANS L’APPRENTISSAGE
5.4 SYNTHESE
6 NAO ET ÉMOTIONS
6.1 MODULES D’ÉMOTIONS
6.2 ÉMOTIONS ET VOIX
6.3 ÉMOTIONS ET MOUVEMENTS
6.4 ÉMOTIONS ET COULEURS
7 CAS PRATIQUE
7.1 CHOIX DU CAS PRATIQUE
7.2 SCENARIO D’APPRENTISSAGE
7.3 CHOIX DE LA TECHNOLOGIE DE DEVELOPPEMENT
7.4 CREATION DU PROTOTYPE
7.4.1 Définition précise du scénario orale
7.4.2 Reconnaissance vocale
7.4.3 Générations des émotions
7.4.4 Analyse de l’état émotionnel des sujets
8 ENTRETIENS ET TEST DU PROTOTYPE
8.1 OBJECTIFS
8.2 APPROCHE QUALITATIVE
8.3 ÉCHANTILLON
8.4 DEROULEMENT DES ENTRETIENS
8.5 QUESTIONNAIRE
8.6 RESULTATS
8.7 SUIVI DE LA PROGRESSION
8.8 FEEDBACK SUR L’ETAT EMOTIONNEL
8.9 FEEDBACKS UNIQUES
8.10 SYNTHESE DES RESULTATS
9 SYNTHESE ET CONCLUSION
9.1 SYNTHÈSE GLOBALE
9.2 DIFFICULTÉS RENCONTRÉES
9.3 AMÉLIORATIONS POSSIBLES
9.4 PERSPECTIVES FUTURES
9.5 CONCLUSIONS
ATTESTATION
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
RÉFÉRENCES
ANNEXES
DESCRIPTIF DU TRAVAIL DE MASTER
PLANIFICATION PRÉVUE
PLANIFICATION RÉALISÉE
SCÉNARIO DU PROTOTYPE
RÉSULTATS DES ENTRETIENS
DONNÉES DE SUIVI DE LA PROGRESSION ET RECONNAISSANCE VOCALE
CAS PRATIQUE