À la croisée de la robotique et de l'apprentissage automatique

Il y a dix ans, ils pouvaient à peine se déplacer. Aujourd'hui, les robots marcheurs autonomes de Marco Hutter et de son équipe transforment tout un domaine - et à l'avenir, ces robots très mobiles devraient aider aux travaux de recherche et de sauvetage, voire même explorer d'autres planètes. Pour ses recherches, le professeur du Département de génie mécanique et des procédés de l'ETH Zurich reçoit maintenant le prix Rössler de cette année. Il s'agit d'une étape importante, voire d'une victoire d'étape, sur un chemin qui a commencé pour Hutter par une simple question : "Comment devons-nous construire les robots pour qu'ils puissent se déplacer sur n'importe quel terrain comme un homme ou un animal ?"

Une évidence s'est rapidement imposée : au lieu d'un entraînement par chenilles ou par roues, il faudrait des jambes. Cette réponse a toutefois soulevé la question de l'aspect et du fonctionnement d'un tel entraînement des jambes pour un robot. "Nous nous sommes donc penchés sur le développement de nouveaux concepts d'entraînement et de commande, sachant qu'au début, les robots ne savaient rien faire et étaient loin d'avoir une application utile", explique Hutter.

Des robots qui grimpent sur les obstacles - et plus encore

Au fil des années, les technologies n'ont cessé d'évoluer, si bien que les robots sont aujourd'hui capables de naviguer sur les terrains les plus difficiles et peuvent être utilisés dans le monde réel. Marco Hutter cite des exemples : "Nos robots marcheurs sont aujourd'hui utilisés commercialement pour des travaux d'inspection industrielle et nous explorons de nouvelles capacités qui permettront à l'avenir des missions d'exploration ou de sauvetage dans des environnements complètement inconnus".

Pour cela, l'équipe de Marco Hutter mise depuis des années sur l'intelligence artificielle : grâce à l'apprentissage automatique, on apprend au robot à comprendre son environnement et à interagir avec lui. Lorsque le robot marcheur se trouve face à un obstacle, il reconnaît à l'aide d'une caméra et d'un réseau neuronal artificiel de quel type d'obstacle il s'agit. Il exécute alors les mouvements qu'il a appris auparavant lors de son entraînement comme étant prometteurs. Presque comme un chien avide de connaissances. Il n'est donc pas étonnant que le robot à quatre pattes s'appelle "ANYmal" - un mot artificiel composé de "partout" (eng : anywhere) et "animal" (eng : animal).

La recherche fondamentale menée par l'équipe de Hutter ne trouve pas seulement des applications dans le domaine de la robotique de course. "Nous utilisons aujourd'hui les technologies relatives à l'autonomie, à la perception de l'environnement ou à l'apprentissage automatique pour la régulation, par exemple pour l'automatisation des machines d'excavation et des machines forestières, pour les robots dans l'agriculture, ou pour les tâches logistiques", ajoute Hutter.

Récompense pour un pionnier

Les travaux de Hutter sur la mobilité et l'autonomie des robots marcheurs pilotés par l'IA ont fondamentalement changé la recherche en robotique, tout en contribuant à ancrer l'ETH Zurich en tant que leader mondial de la robotique. C'est pour eux que Hutter reçoit le prix Rössler cette année. Le prix ne récompense pas seulement ses travaux scientifiques pionniers - le système révolutionnaire de contrôle de la locomotion basé sur l'apprentissage automatique est aujourd'hui un standard développé à l'ETH. Le prix salue également le niveau élevé atteint par Hutter dans les domaines du transfert de technologie, de l'entrepreneuriat et des initiatives communautaires et de projet. Hutter a réussi à "tisser un vaste réseau de coopération", explique Joël Mesot, président de l'ETH Zurich. "C'est un grand honneur d'être récompensé par le prix Rössler 2024. J'ai fait la connaissance de Monsieur Rössler il y a plus de dix ans, alors que je n'en étais qu'au début de mes recherches. À l'époque, je n'aurais jamais pensé recevoir un jour une telle distinction", déclare Marco Hutter.

Créativité et expertise multidisciplinaire

Hutter s'est intéressé très tôt à la manière dont les machines sont construites et dont les mécaniques fonctionnent. Il n'est donc pas étonnant qu'il ait été attiré par l'ETH Zurich, où il a déjà rédigé son travail de bachelor sur la microrobotique, suivi d'un travail de semestre et d'un stage industriel sur les systèmes de régulation. En raison de ses excellents résultats au cours de ses études de bachelor, il a obtenu l'une des premières bourses d'excellence de la ETH Foundation pour son master. Hutter a rédigé son travail de master dans le domaine de la modélisation et de la robotique de marche auprès de Roland Siegwart, professeur de systèmes autonomes.

Il a ainsi acquis des compétences importantes pour explorer de nouvelles questions dans le domaine de la robotique. "Quand on me demande ce que je fais, je réponds souvent : jouer pour les adultes. Je pense qu'on a besoin de l'aspect ludique pour développer de nouvelles idées de manière créative - et en même temps, le travail est très amusant", explique Hutter. De solides connaissances théoriques de base sont indispensables, que ce soit en mathématiques, en technique de régulation ou en apprentissage automatique. La robotique, justement, est un domaine multidisciplinaire. "Nous travaillons avec des scientifiques de l'environnement, des architectes, des géologues, des experts du secteur de la construction et de nombreuses autres disciplines. C'est ce qui rend le travail très intéressant. Il faut être ouvert d'esprit et pouvoir travailler de manière pluridisciplinaire", ajoute-t-il.

Transfert de technologie et esprit d'entreprise

Il y a dix ans, Marco Hutter a reçu une Pioneer Fellowship de l'ETH Foundation et a ainsi fondé, avec son équipe de chercheurs, la start-up de l'époque, ANYbotics. Le Pioneer Fellowship a contribué à faire passer la technologie des robots marcheurs du stade de la recherche à celui de l'application commerciale. Le transfert de technologie de la science à la pratique est un élément important dans le travail de Hutter. Il ne se limite pas à des recherches théoriques, basées sur des simulations ou des concepts, mais va au-delà de la preuve de concept et présente des solutions qui fonctionnent dans des scénarios réalistes. Ainsi, Hutter est titulaire de six brevets et a développé un fort esprit d'entreprise au sein de son groupe, qui a donné naissance jusqu'à présent à huit spin-offs de l'ETH.

Un exemple récent de vérification de la réalité des dernières recherches en matière de manipulation mobile est la participation au Cybathlon de cette année, qui porte sur la manière dont les personnes souffrant de handicaps physiques peuvent être assistées par des systèmes d'assistance robotique. Sur commande, le robot peut prendre une pomme sur la table et la servir au repas, ouvrir une porte ou aller chercher quelque chose dans la boîte aux lettres. Jusqu'à présent, une personne supplémentaire était toujours nécessaire pour effectuer de telles tâches.

Cela ouvre de nouvelles possibilités pour l'autonomie et l'autodétermination des personnes souffrant de handicaps physiques, et les exemples de ce type se multiplient. Mais Hutter tempère quelque peu les attentes : malgré ces progrès, les systèmes restent encore très simples par rapport aux humains ou aux animaux. "L'objectif est donc d'associer de plus en plus les robots à une meilleure compréhension de leur environnement. Un robot dans un bâtiment doit par exemple savoir ce qu'est une porte et comment elle fonctionne, ou que pour aller chercher une pomme, il doit probablement se rendre dans la cuisine", ajoute Hutter.

Du déminage à Mars

Marco Hutter et son équipe s'engagent intensément dans différents domaines où ils peuvent utiliser leurs systèmes, souvent dans des zones trop dangereuses pour l'homme, comme lors du déminage de l'ancien dépôt de munitions de Mitholz.

Depuis longtemps déjà, Hutter nourrit le souhait d'utiliser des robots de l'ETH dans l'espace. Au fil des années, il a démontré à maintes reprises que les robots marcheurs sont bien plus aptes à franchir les pentes et les obstacles que ceux équipés de chenilles ou de roues. "C'est certes complexe, mais la technologie est aujourd'hui suffisamment avancée pour relever ces défis", explique Hutter. Selon lui, il est donc aujourd'hui possible de réfléchir à de nouvelles applications. Par exemple, les robots pourraient grimper dans des cratères sur Mars ou sur la Lune, y effectuer des explorations et fournir des données auxquelles nous n'avions pas accès jusqu'à présent.