29 Mars 2015

Les robots à l'assaut de l'espace

Les auteurs et scénaristes de science-fiction en ont rêvé ; les agences spatiales les ont créés ! Quoi ? Les robots. Même s’ils ne ressemblent pas souvent à ceux de nos écrans, les robots seront encore longtemps des stars de l’exploration spatiale.

Aujourd'hui, les robots, ça roule !

Pas encore de Transformers, ni de C3-PO dans notre espace. Les robots que nous utilisons aujourd’hui prennent la forme de sondes et de rovers. Des machines qui remplissent parfaitement leur mission d’exploration.

Le temps des explorateurs

Les robots spatiaux d’aujourd’hui sont des explorateurs.

Ce sont des sondes et des atterrisseurs (ou rovers s’ils sont mobiles) bardés d’instruments pour étudier planètes et autres corps célestes depuis une orbite pour les premières ou directement au sol pour les seconds.

Pour Jean Bertrand, du service Robotique d’exploration planétaire au CNES : « Les sondes représentent la génération 1 en matière de robots alors que les rovers sont la génération 2. »

Pour être qualifié de robot, il faut que le matériel fasse preuve d’une certaine autonomie. Et c’est là toute l’expertise que déploie le CNES en matière de robotique : rendre plus autonomes dans leurs mouvements et leurs décisions les engins envoyés aux quatre coins du système solaire.

Parmi les derniers robots en date, il y a la sonde Rosetta et son rebondissant atterrisseur Philae qui ont fait la Une des journaux fin 2014. Le duo a pour mission d’étudier la comète Churyumov-Gerasimenko, dite « Tchouri ».

Les rovers américains Opportunity et Curiosity parcourent toujours le sol martien, respectivement depuis 2004 et 2012. En 2018, ExoMars, la mission européenne d’exploration planétaire, prévoit de déposer un autre atterrisseur sur Mars pour analyser son sol et son sous-sol. Ainsi, les rovers seront encore les stars de nos robots spatiaux pour la décade à venir.

La machine ne fait pas le robot

Les bras articulés, comme celui qui équipe la Station Spatiale Internationale (ISS) et qui répond au doux nom de Canadarm, sont les cousins des automates que l’on trouve sur les chaînes d’assemblage automobile et qui exécutent seuls et en un temps record des soudures ou des peintures

. Malgré cette parenté, les bras articulés des navettes et des stations ne sont pas des robots.

« Le bras articulé est télécommandé », explique Jean Bertrand, « C’est un mécanisme piloté par les astronautes ». En d’autres termes, ce n'est ni plus, ni moins qu’un outil.

Certes, avec ses 18 mètres de longueur dotés de 7 articulations motorisées, ses 1 800 kg et son diamètre de 35 cm, il ne s’agit pas d’une simple clé à molette. Il n’empêche qu’il ne dispose d’aucune autonomie. Sans la main de l’homme, ces bras ne font rien.  

Des robots de compagnie

En août 2013, l’agence spatiale japonaise (JAXA) a envoyé Kirobo, un petit robot humanoïde à bord de la Station Spatiale Internationale.

Mesurant 34 cm pour 1 kg, cet androïde est pourvu des fonctions de reconnaissance vocale, du traitement automatique du langage naturel, d’un synthétiseur de voix, de la reconnaissance spatiale et d’un système d’enregistrement vidéo.

Quelle est sa mission ? Tenir compagnie aux astronautes japonais avec qui il peut « converser » (en japonais seulement pour le moment). Apporterait-il le réconfort à une personne isolée de longs mois, comme l’envisage ses concepteurs ?

Peut-être. Mais pour Jean Bertrand, ce genre de robots n’est pas très utile : « Les astronautes n’ont pas vraiment besoin de “ doudou ”. Ils sont sélectionnés et entraînés pour ces missions ».

 

Vers l'infini et au-delà !

Les robots réalisent des missions qui ne peuvent être aujourd’hui menées par des humains. Ils sont capables d’aller là où nous ne pouvons pas (encore) poser le pied pour des raisons techniques ou de coûts.

Que c'est loin !

La plupart des missions d’exploration se déroulent à des millions de kilomètres de la Terre. Et comme nous n’avons pas encore de vaisseaux capables de filer à la vitesse de la lumière, ces trajets sont longs.

Pour rejoindre Mars, par exemple, la sonde transportant Curiosity a mis neuf mois.

Dans les scénarii les plus optimistes, le voyage d’un vol habité vers la Planète Rouge prendrait au mieux 6 mois. Ce temps est long pour des humains enfermés dans un espace restreint.

Car contrairement à ce qui se passe dans les films comme Interstellar ou Alien, les astronautes ne sont pas plongés dans des caissons d’hyper-sommeil pour ne se réveiller qu’une fois arrivés à bon port. Pour les robots, qu’importe si le voyage dure 6 mois ou 1 an.

En veille pendant le voyage, ils s’activent quand ils sont en orbite ou quand ils touchent le sol.

 

Plus loin, moins cher

Envoyer des robots plutôt que des astronautes réduit aussi le coût de la mission. En effet, les sondes et les atterrisseurs n’ont besoin que d’une chose pour fonctionner : de l’énergie.

Celle-ci leur est fournie par des panneaux solaires ou par une « pile atomique » (comme celle qui équipe Curiosity). En revanche, les êtres humains ont besoin, d’air, d’eau et de nourriture.

Transporter tout cela en quantité suffisante pour une mission de plusieurs dizaines de mois nécessite une fusée et un vaisseau bien plus coûteux que pour un rover.

« Si on avait envoyé des hommes à la place de Philae, le coût aurait été multiplié par 100 au moins ! », estime Jean Bertrand, qui précise « Et encore, aurait-il fallu savoir le faire. Ce qui n’est pas le cas aujourd’hui ».

Parés pour des milieux hostiles

Moins chères que les missions humaines, les missions robotisées ont cependant des limites : les machines ne rivalisent pas avec les capacités d’adaptation d’un humain face à une situation imprévue.

La faute à la faible puissance des processeurs spatiaux. Les puces des atterrisseurs fonctionnent tout au plus à 100 Mhz quand celles de l’ordinateur ou du smartphone avec lequel vous consultez cet article « tournent » au moins 10 fois plus vite !

Ceci explique les limitations des robots, dans la gestion de leur déplacement notamment. Tout le travail des spécialistes, comme ceux du CNES, est de concevoir des algorithmes de plus en plus sophistiqués mais ne nécessitant pas de grandes puissances.

S’ils sont peu performants en calcul, ces processeurs sont en revanche ultra résistants au vide, au froid, aux vibrations du lancement et en particulier aux radiations spatiales.

« L’espace est un milieu hostile ! Le dernier né du fabricant Intel serait planté en moins d’1 heure dans l’espace en raison des radiations cosmiques », explique Jean Bertrand. Malgré une puissance de calcul limitée, les sondes et les rovers s’en sortent bien sur le terrain. 

Les robots du futur

Après l’étude des planètes, la prochaine étape consistera sans doute à les habiter. Les robots auront alors un nouveau rôle à jouer : celui de préparer la colonisation humaine. Là encore, pas d’androïdes en perspective, mais plutôt des pelleteuses autonomes.

Les colonisateurs

Après le temps de l’exploration viendra sans doute celui de la colonisation, c’est-à-dire d’envoyer des humains s’installer sur d’autres planètes.

La première visée est Mars. Mais avant qu’un(e) astronaute ne pose le pied sur la Planète Rouge, des robots y seront sûrement expédiés pour y construire une base habitable.

Cette tâche pénible, sans grand intérêt scientifique, ne sera pas confiée à des humains. En effet, pour accomplir cette mission, les robots n’ont besoin que d’énergie (fournie par une pile atomique ou des panneaux solaires) alors que de l’air, de l’eau et de la nourriture sont nécessaire aux êtres humains.

Envoyer toutes ces denrées pour permettre à des maçons de l’espace de monter leur base sera bien trop coûteux. Place aux robots-ouvriers !

A quoi ressemblera le robot du futur ?

Le robot du futur ne sera sûrement pas un clone de Robocop, ni de C3-P0 de Star Wars.

Son aspect sera sans doute plus proche de Wall-E, ce rover héros du film d’animation de Disney, ou du très cubique TARS dans Interstellar.

Jean Bertrand le confirme : « la forme humanoïde est difficile à reproduire et finalement peu efficace. Son seul intérêt est de faciliter les relations homme-machine sur Terre ».

Or, les missions du futur consisteront plus à déblayer, creuser des terrains et ériger des bâtiments qu’à faire la conversation ou jouer aux cartes avec les astronautes.

Selon l’ingénieur, la NASA, l’agence spatiale américaine, travaillerait par exemple à la réalisation d’un robot ouvrier à la forme d’une pieuvre. Il serait doté de six bras articulés interchangeables lui permettant de modifier ses outils en fonction des tâches à accomplir. Et si, quand les bases seront construites, tous ces bras pourraient s’avérer finalement pratique pour servir le thé…

 

Tout dans la tête

Pour les dix prochaines années, les recherches pour les futurs robots porteront surtout sur le développement de l’autonomie de déplacement et de décisions ainsi que sur leurs outils (foreuse, pelleteuse, soudeuse…).

Pas sur le véhicule à proprement parler. « Pour ExoMars, ce sera un petit atterrisseur à 6 roues développé par l’ESA avec le concours du CNES. Mais il y aura peu d’innovations sur la plate-forme roulante par rapport à Curiosity », annonce Jean Bertrand.

Il faut dire que les capacités du rover américain sont déjà d’un haut niveau puisque, selon l’ingénieur, il serait capable de monter sur une table.

Malgré ces aptitudes au tout-terrain, ses opérateurs hésitent à prendre le risque de lui faire franchir des obstacles de la taille d’un ballon de football (il n’y pas de service SOS-Dépannage sur Mars…). « Inutile de chercher à construire un robot capable de grimper aux arbres », conclue Jean Bertrand.

Les avancées en robotique seront donc peu spectaculaires. Le principal atout de ces futures machines sera à chercher du côté de leur logiciel qui leur permettra de faire face, seules, aux problématiques qu’elles auront à affronter.