Les matériaux intelligents pour les robots

Vous êtes sur le point d'accueillir un atelier international virtuel intitulé "Material Intelligence". Comment un matériau peut-il acquérir de l'intelligence? Comment devons-nous imaginer un matériau que vous jugeriez "intelligent"?

Mirko Kovac: Les définitions générales de l'"intelligence" font généralement référence à l'interaction entre un "agent" et son environnement, comme la capacité d'apprendre, de comprendre, de réagir et/ou de s'adapter à des situations et/ou des changements dans le voisinage de l'agent. Un agent peut être n'importe quel organisme, par exemple un poisson, un chat ou un être humain. Dans notre cas, l'agent est un robot. En ce qui concerne les matériaux, l'intelligence réside dans leur capacité à réagir aux stimuli externes. Mais le défi consiste à passer d'une réaction passive et plus ou moins prédéfinie à des stimuli à une adaptation intelligente à un environnement changeant. Cela signifie que, par exemple, un matériau qui réagit à la chaleur en changeant de forme le fera en s'adaptant aux conditions ou aux limites de l'espace extérieur. Nous ne pouvons pas changer les lois de la physique, mais nous pouvons aider le matériau à s'adapter grâce à une conception intelligente. Ainsi, lorsque nous parlons d'intelligence matérielle, nous pensons plutôt à un système de matière et de conception réactif.

Aslan Miriyev: Un avantage significatif ici serait la réversibilité et la haute répétabilité du comportement intelligent. De tels systèmes peuvent être utilisés dans le calcul morphologique qui utilise les formes et les propriétés des matériaux comme moyen de calcul. Ainsi, dans l'atelier, nous discutons de cette voie qui mène des matériaux fonctionnels, en tant que substance passive réagissant aux stimuli, à un système servant de moyen de calcul.

Quel est le lien entre les matériaux intelligents et l'intelligence artificielle (IA)? Et où ou comment la robotique s'inscrit-elle dans ce contexte?

Miriyev: Dans le contexte de la question précédente, les systèmes matériels constituent l'intelligence artificielle physique du corps des robots, de la même manière que les tissus biologiques constituent l'intelligence de notre corps. Les matériaux synthétiques et bio-hybrides sont la clé des robots collaboratifs qui coexisteront avec les humains dans les futurs écosystèmes symbiotiques homme-robot.

Ces dernières années, la recherche sur l'intelligence artificielle s'est éloignée d'une simple approche algorithmique fondée sur le traitement des chiffres pour se tourner vers une approche plus physique de l'intelligence, appelée IA physique. Dans quelle direction ce type de recherche se dirige-t-il?

Miriyev: En effet, le domaine de l'IA a connu une croissance intensive au cours des dernières décennies. Maintenant, il est devenu clair que l'IA n'est pas seulement l'IA numérique, que nous connaissons tous, par exemple, par sa capacité à reconnaître, sur la base d'images de caméra, un paquet de chips parmi un lot d'objets sur une table. L'IA, c'est aussi l'interaction physique avec le monde, avec les humains, l'environnement, la nature, les plantes et les animaux.

Kovac: Nous envisageons que la recherche aille dans le sens du développement de l'aspect physique de l'IA, et de sa fusion avec son homologue numérique. Récemment, nous avons décrit ces idées dans un article publié dans la revue Nature Machine Intelligence. Nous définissons l'IA physique (ou PAI) comme "la théorie et la pratique de la création de systèmes physiques capables d'effectuer des tâches qui sont généralement associées à des organismes intelligents".

Quel domaine ou industrie pourrait bénéficier le plus de ce type d'IA ? Avez-vous des exemples précis?

Kovac: Les domaines d'impact de l'IA physique comprennent les soins dans le domaine de la santé, les soins aux personnes âgées, la numérisation des infrastructures, la gestion des catastrophes, la sécurité publique, la sécurité, le secteur des services, l'éducation et l'automatisation industrielle. L'ensemble du concept d'industrie 5.0 repose sur une véritable interaction homme-robot. Jusqu'à présent, la plupart des solutions de robotique douce successivement commercialisées concernaient les applications de type pick-and-place, technologie portable, les applications prothétique et les applications médicale mini-invasive.

Miriyev: L'utilisation actuelle de l'IA physique est encore très limitée par rapport aux défis du monde qui nous entoure et aux possibilités qui s'offrent à nous. Il existe un potentiel presque infini pour l'application de robots capables de vivre et de collaborer avec les gens.

Vous travaillez sur des drones autonomes, ou des robots, si vous voulez, qui s'inspirent de principes biologiques. Comment définiriez-vous leur rôle, leur fonction dans l'interaction avec l'homme?

Kovac: En 2013, j'ai publié un article intitulé "The Bioinspiration Design Paradigm: A Perspective for Soft Robotics". Le principe peut être divisé en trois étapes: l'inspiration, l'abstraction et la mise en œuvre. Dans la phase d'inspiration, un scientifique observe un phénomène naturel. Dans la phase d'abstraction qui suit, un scientifique essaie de trouver les principes physiques sous-jacents du phénomène observé. Vient ensuite la phase de mise en œuvre, au cours de laquelle le scientifique intègre les principes de conception bioinspirés abstraits dans un système synthétique. Plus précisément, nous nous inspirons aujourd'hui du processus de création de nouveaux organismes vivants comme d'un nouveau paradigme pour la création de systèmes artificiels.

Miriyev: Dans la synthèse de l'IA physique, les connaissances de plusieurs disciplines contribuent à la création simultanée de structures, de détection, d'actionnement et de calcul. Dans l'atelier à venir, nous avons l'intention de discuter des voies menant à la synthèse de robots aussi avancés via l'utilisation de divers aspects de l'intelligence matérielle.

Étant donné le nombre de films et de romans de science-fiction dystopiques, vous devez faire face à un certain degré de scepticisme lorsque vous parlez de réaliser une symbiose entre l'homme et la machine. Quels sont les plus grands défis dans ce domaine et comment les abordez-vous?

Kovac: Dans la chasse aux films dramatiques fictifs, nous oublions souvent que les demandes de la vie réelle sont bien plus évidents que les intrigues des scénarios de science-fiction. Les personnes âgées ont réellement besoin d'une assistance fiable, bien au-delà des humanoïdes à la télévision.

Miriyev: La société a besoin d'assistants robotiques , qui s'adaptent au compagnon humain dans la manière, la vitesse et la langue, mais aussi à l'environnement dans la vitesse et la langue correspondante, afin de fournir à l'humain toute l'aide nécessaire. Cela devrait se faire sans compromettre la qualité de vie des humains et/ou leur vie privée et leurs données. Nous devons penser à créer des objets utiles pour les gens, pour leur vie quotidienne.

Où en serons-nous, disons, dans 20 ans en ce qui concerne l'IA, la robotique, etc.?

Kovac: La robotique devient un tissu de notre monde physique et un tissu numérique de nos infrastructures et de nos villes. Le terme "robotique" disparaîtra à bien des égards, et nous nous habituerons tous à utiliser l'intelligence synthétique dans notre vie quotidienne. La frontière pour les décennies à venir se situera dans les systèmes bio-hybrides, dans une combinaison de robotique et de matériaux vivants. C'est le thème que nous explorons également au Centre de robotique de l'Empa.