Les robots « ennuyeux » gagneront-ils dans le monde réel ? Pourquoi le formulaire robotique devrait suivre le flux de travail

Le robot humanoïde Atlas fait la roue. | Source : Boston Dynamics

Les robots ont captivé notre imagination. Nous avons vu des humanoïdes se tenir en équilibre sur une jambe, faire des saltos arrière, plier du linge et se déplacer en douceur sur des terrains difficiles. Il s’agit là d’un comportement qui, il y a seulement quelques années, semblait relever de la science-fiction. Ces exemples viraux sont importants car ils montrent que l’IA incarnée a atteint une nouvelle étape technique.

Dans le même temps, la vision de ce que l’on peut qualifier de « robot humanoïde » semble évoluer. Les fabricants de robots ajoutent des roues, davantage de capteurs, de nouveaux manipulateurs, des chapeaux et des écrans, tout en supprimant les yeux et les têtes de leurs conceptions de robots humanoïdes.

En tant qu’écosystème d’ingénierie travaillant directement aux côtés des développeurs humanoïdes pour résoudre les principaux goulots d’étranglement matériels, nous constatons un thème récurrent. L’industrie se laisse souvent entraîner dans une réflexion « robot-forward ». Nous construisons d’abord une plate-forme physique extraordinaire, puis parcourons les sites industriels à la recherche d’une tâche à accomplir.

Si nous voulons faire passer l’IA physique des réseaux sociaux à un niveau commercial durable, nous devons inverser notre approche actuelle. L'industrie a besoin d'une méthode de conception qui fonctionne à rebours du flux de travail. Commencez par une tâche qui a une valeur économique. Demandez-vous si un robot peut accomplir cette tâche mieux qu’un humain.

Ensuite, revenez en arrière pour découvrir exactement quel matériel, quelles capacités de détection et quel facteur de forme sont réellement nécessaires pour mener à bien la tâche.

La pile de capteurs est née dans la tâche, pas dans la fiche technique

Les formes de robots industriels à succès suivent leurs fonctions. Source : Vishay Precision Group Inc.

Si vous commencez par concevoir une plate-forme, vous vous retrouverez probablement avec une pile matérielle compromise. Le flux de travail spécifique détermine les exigences techniques de la machine.

Prenons comme exemple un robot humanoïde bipède chargé d’effectuer deux processus de travail industriels différents. L’un consiste à insérer une épingle sur une chaîne d’assemblage automobile et l’autre consiste à emballer une palette dans un centre logistique.

Une tâche d'insertion d'un connecteur à broches implique généralement un jeu de 20 µm et une force d'accouplement de 5 N. Il doit donc y avoir une résolution de force de contact inférieure à 0,1 N et une bande passante de contrôle suffisamment rapide pour détecter le brouillage avant qu'une broche sensible ne se plie.

Pourtant, lorsque vous utilisez le même bras pour l’emballage de palettes en vrac, vous n’avez presque pas besoin de cette résolution de micro-force à haute fréquence. Au lieu de cela, vous avez besoin d’une capacité de charge utile élevée, d’une rigidité structurelle et de la capacité de supporter 1 million de cycles sans dérive mécanique de base.

Si vous construisez une plate-forme à usage général, un seul capteur de force « intermédiaire » peut donner naissance à un système qui pourrait rendre difficile l'insertion précise des broches. Le système pourrait également manquer de la durabilité nécessaire au levage continu de charges lourdes.

Le flux de travail détermine également votre budget d'erreur. C’est le seul facteur qui fait passer la détection de force d’un élément de coût à un élément offrant un retour sur investissement démontrable.

Les tentatives visant à améliorer la détection de force échouent souvent. Par exemple, nos tests ont montré que l'utilisation d'un calcul spécifique maintenant la force de contact à ±0,2 N peut réduire les déchets de connecteurs de 1,2 % à 0,5 %. Cela peut se traduire par des économies annuelles estimées à environ 450 000 $ par chaîne de montage. Ce type d’argumentation économique n’est possible que si l’on part de la tâche en question.

C'est exactement la raison pour laquelle la sélection des composants critiques, par exemple ceux basés sur la détection de déformation, doit avoir lieu dès la phase de conception architecturale plutôt que d'être traitée après coup lors de la préparation de la nomenclature des matériaux (BOM).

La détection des contraintes peut fournir des données précieuses si elle est intégrée dès le début de la conception. Source : Groupe Vishay Precision

Ajuster le robot plutôt que l’installation

La tendance à se concentrer d’abord sur la tâche soulève la principale question du facteur de forme. Un facteur de forme spécialisé est-il le meilleur choix ? Quand une conception humanoïde est-elle strictement nécessaire ?

Les environnements d’exploitation peuvent être divisés en deux types : greenfield et brownfield. Le véritable problème n’est pas de savoir à quoi devrait ressembler le robot, mais de savoir s’il est moins coûteux de modifier le robot ou de modifier les installations.

Avec les sites greenfield, vous pouvez utiliser des robots spécialisés. Dans les friches industrielles, comme une raffinerie ou une usine chimique existante, le robot doit s’adapter aux espaces créés pour les humains.

Dans les nouvelles constructions, comme l'installation Northern Lights d'Equinor, l'opérateur peut concevoir l'aménagement dès le début et construire l'installation en fonction de la tâche. Ainsi, les formes spécialisées non humanoïdes s’avèrent presque toujours meilleures en termes d’économie d’unité, de vitesse et d’efficacité énergétique. Les robots à pattes et à roues sont plus fiables pour les types de tâches qu’ils effectuent.

Cependant, dans la plupart des cas, les activités industrielles se déroulent dans des friches industrielles, où la seule option pratique consiste à adapter la plateforme existante. Ces sites comportent des allées étroites, des escaliers, des grilles de sol et des portes conçues en tenant compte du corps humain. Dans cette situation, un facteur de forme adapté à l’humain, qu’il s’agisse de jambes, de deux bras ou d’une forme humanoïde, devient un avantage majeur. Il permet à l'équipement de fonctionner dans des environnements conçus pour les personnes sans dépenser des millions de dollars pour moderniser les installations.

Le véritable test pour une conception humanoïde est de savoir si, si vous recommenciez, vous opteriez toujours pour un humanoïde. Lorsque la compatibilité humaine est nécessaire, les exigences physiques de base restent les mêmes : contact du pied, couple articulaire et force du poignet.

Les robots peuvent avoir des formes différentes, mais ils ont la même physique sensorielle. La détection basée sur la contrainte perdure même lorsque le facteur de forme change, offrant une mesure fondamentale de la vérité sur le terrain, quelle que soit la façon dont votre plate-forme physique se développe.

Un test pour les humanoïdes est de savoir si la compatibilité humaine est requise. Source : Groupe Vishay Precision

La profondeur du déploiement dépasse la largeur de la démo

Des vidéos virales flashy montrent ce qui est techniquement possible. Toutefois, le véritable test n’est pas la démonstration elle-même mais le deuxième bon de commande. Ce n’est que grâce à des commandes répétées que les entreprises peuvent être utiles…

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