Les percées les plus marquantes en robotique discutées au 2024 Automation Engineering Summit

Le 2024 Automation Engineering Summit, qui s'est tenu à San Francisco en septembre dernier, a réuni plus de 3 000 ingénieurs, chercheurs et leaders de l'industrie pour examiner les évolutions les plus importantes en robotique et en automatisation. L'agenda de cette année a porté sur les technologies qui passent des prototypes de laboratoire aux déploiements réels dans les secteurs manufacturier, de la santé, de la logistique et des services.

Plusieurs thèmes ont dominé les discussions, dont la maturation des robots collaboratifs, l'intégration de l'IA et l'apprentissage machine avancés[ dans les systèmes de commande robotique, et l'émergence de nouveaux paradigmes matériels tels que la robotique douce et la robotique chaude. Chacun de ces domaines représente un saut important au-delà des capacités qui définissaient l'automatisation industrielle il y a cinq ans.

L'évolution des robots collaboratifs

Les robots collaboratifs, ou robots, sont un segment croissant du marché de la robotique depuis dix ans, mais le sommet a clairement montré que 2024 marque un tournant dans leur capacité et leur adoption. Contrairement aux robots industriels traditionnels qui opèrent dans des cages isolées, les robots sont conçus pour travailler avec les travailleurs humains, partager l'espace de travail et souvent des tâches. La dernière génération de robots démontrés au sommet peut sentir la présence humaine, ajuster leur vitesse et leur force en temps réel, et même apprendre de nouvelles tâches par la démonstration plutôt que la programmation.

Promotion de la sécurité et des normes

L'un des principaux obstacles au déploiement plus large des robots a été la complexité de la certification de sécurité.L'Organisation internationale de normalisation (ISO) a mis à jour ses ISO 10218 et ISO/TS 15066 normes pour les robots collaboratifs, fournissant des lignes directrices plus claires pour l'évaluation des risques et les exigences de limitation de la force. Plusieurs exposants ont présenté des robots qui satisfont à ces normes tout en offrant des capacités de charge utile allant jusqu'à 16 kg, une augmentation significative par rapport aux modèles précédents qui étaient limités à des tâches plus légères.

Croissance et adoption des marchés

Selon les données présentées au sommet, le marché mondial du coton devrait atteindre 12,3 milliards de dollars d'ici 2028, en croissance annuelle composée de 32 %, une grande partie de cette croissance étant due aux petites et moyennes entreprises qui adoptent des robots pour la première fois. Des entreprises comme Universal Robots, Fanuc et ABB ont introduit de nouveaux modèles avec des interfaces de programmation simplifiées et des systèmes de vision intégrés qui réduisent le temps de déploiement de semaines en heures.

Une démonstration en direct d'un fournisseur automobile de niveau 1 a montré un cobot équipé d'une prise de vide et d'une caméra 3D alimentant une machine CNC. Le robot pouvait passer entre six types de pièces différents sans reconfiguration manuelle, en s'appuyant sur la reconnaissance d'objets basée sur l'IA pour localiser et orienter les pièces au hasard dans une poubelle.

Amélioration de l'IA et de l'apprentissage automatique

L'intelligence artificielle était sans doute le sujet le plus répandu au sommet, avec presque chaque présentation touchant la façon dont l'apprentissage automatique est en train de remodeler les capacités robotiques. Le message principal était que les robots passent des suiveurs de séquence préprogrammés aux systèmes adaptatifs qui peuvent généraliser à travers les tâches et les environnements.

Tirer des leçons de la démonstration

L'un des progrès les plus pratiques est le apprentissage de la démonstration, où un opérateur humain guide physiquement un robot à travers une tâche, et le robot utilise des algorithmes d'apprentissage automatique pour généraliser la séquence de mouvement en un programme réutilisable.Cette approche réduit considérablement le besoin de compétences de programmation spécialisée.

Comme l'ont signalé des chercheurs de l'Université Carnegie Mellon , la combinaison de transformateurs de vision et d'apprentissage du renforcement permet aux robots de généraliser leurs compétences dans différents objets et environnements sans recyclage, ce qui a des implications importantes pour les entrepôts et les centres de réalisation où la variété des produits est élevée et où les définitions des tâches changent fréquemment.

Transferts de type Sim-to-Real

Un autre thème majeur a été l'amélioration du transfert sim-to-real, où les robots sont formés à la simulation puis déployés dans le monde physique avec une dégradation minimale des performances. Des entreprises comme NVIDIA et OpenAI ont développé des plateformes de simulation qui modélisent la physique, le bruit des capteurs et même l'usure avec une grande fidélité.

Informatique de bord et AI en temps réel

Le sommet a également souligné l'importance croissante de l'informatique de pointe dans la robotique. Plutôt que de compter sur le traitement d'IA basé sur le cloud, les robots modernes sont équipés de GPU embarqués et d'accélérateurs d'IA spécialisés qui leur permettent de faire fonctionner des réseaux neuronaux complexes en temps réel.

Robotique en santé

La robotique de soins de santé a été un secteur en croissance rapide, et le sommet a consacré une piste complète à l'innovation dans les robots chirurgicaux, les systèmes de réadaptation et les appareils d'assistance. Les discussions ont souligné que bien que la précision et la fiabilité demeurent primordiales, la prochaine génération de robots de soins de santé doit également être intuitive, abordable et adaptable aux besoins individuels des patients.

Robotique chirurgicale: Au-delà du système Da Vinci

Depuis des années, le système chirurgical da Vinci de Intuitive Chirurgical domine le marché, mais le sommet a mis en avant une nouvelle vague de concurrents qui défient sa position. Plusieurs start-ups ont présenté des robots chirurgicaux légers et modulaires qui peuvent être configurés pour différentes procédures avec un seul chariot et des instruments interchangeables. Une entreprise de Corée du Sud a démontré un système spécialement conçu pour la chirurgie spinale qui utilise l'imagerie CT intraopératoire pour guider un bras robotisé avec une précision sous-millimétrique, réduisant le besoin de multiples incisions et temps de récupération postopératoire.

Une présentation particulièrement convaincante de l'Université Johns Hopkins décrit un robot de tissus mous autonomes[ qui a effectué une suture laparoscopique sur un modèle porcin sans intervention humaine. Le robot a utilisé l'endoscopie stéréo et la détection de force pour ajuster la tension de point en temps réel.

Robots d'assistance et de réadaptation

Une démonstration notable d'un consortium de recherche japonais a montré un exosquelette doux et qui offre une assistance à la flexion de la hanche pendant la marche. L'appareil pèse seulement 2,8 kg et utilise des muscles artificiels pneumatiques pour générer un couple, ce qui le rend confortable pour une utilisation prolongée.

Au-delà de la mobilité, des robots d'assistance sociale[ sont déployés dans des établissements de soins de haut niveau pour fournir des rappels de compagnie, des médicaments et une stimulation cognitive. Une étude présentée par l'Université de Californie du Sud a montré que les résidents qui interagissent quotidiennement avec un robot social expressif pendant six semaines ont montré une amélioration de 15% des scores sur la dépression et la solitude par rapport à un groupe témoin.

Robotique de réadaptation et neuroplastie

Une session fascinante a couvert l'intersection de la robotique et des neurosciences, en particulier dans la robotique de réadaptation pour les patients atteints d'AVC. Les chercheurs d'ETH Zurich ont présenté un exosquelette robotisé à main qui utilise des signaux d'électromyographie (EMG) pour détecter le mouvement prévu du patient et fournit ensuite une force d'assistance pour compléter le mouvement. Le système est utilisé en combinaison avec un environnement de réalité virtuelle qui fournit une rétroaction visuelle et haptique.

Comme IEEE Spectrum a fait état des travaux du sommet[, l'intégration des interfaces cerveau-ordinateur avec la réadaptation robotique passe maintenant du laboratoire aux essais cliniques en début de cycle, offrant de l'espoir aux patients ayant une déficience motrice grave.

Technologies émergentes : Robotique douce et robotique de swarm

Deux paradigmes matériels ont suscité une grande excitation au sommet : la robotique douce et la robotique à essaim. Les deux sont bien au-delà de la phase conceptuelle, avec des produits commerciaux et des déploiements sur le terrain démontrant maintenant leur valeur pratique.

Robotique douce : la conformité en action

Les robots souples, construits à partir de matériaux flexibles comme le silicone, les élastomères et les tissus, trouvent des niches où les robots rigides traditionnels luttent. Leur conformité inhérente les rend idéales pour manipuler des objets fragiles, naviguer dans des espaces confinés et interagir en toute sécurité avec les humains. Plusieurs entreprises ont exposé des pinces souples qui peuvent ramasser un seul raisin sans endommager, puis réorienter pour saisir un outil de puissance.

Une des démonstrations les plus frappantes est venue d'une spin-off de l'Université de Chicago qui a développé un manipulateur robotisé doux[ inspiré par le tronc de l'éléphant. Le bras utilise trois chambres pneumatiques disposées en anneau, lui permettant de plier, de prolonger et de tordre avec six degrés de liberté. La société a déployé ces manipulateurs dans les usines de transformation des aliments pour manipuler des pièces de poulet crues, tâche qui était auparavant difficile à automatiser en raison de la variation de la forme et de la surface glissante du produit.

Swarm Robotics: Coordination décentralisée

La robotique du swarm, inspirée par le comportement collectif des insectes et des oiseaux, implique un grand nombre de robots simples et peu coûteux qui communiquent et coordonnent pour réaliser des tâches complexes. Le sommet a présenté plusieurs applications réelles. Un consortium européen a présenté un chaud de 50 drones conçus pour l'agriculture de précision. Chaque drone porte une caméra multispectrale et communique avec ses voisins via un réseau de mailles. Le swarm peut de façon autonome surveiller un champ de 100 hectares en 20 minutes, cartographier l'humidité du sol, les niveaux de nutriments et les infestations de parasites avec une résolution bien au-delà de ce qu'un seul drone pourrait atteindre.

En cas de catastrophe, une équipe de l'Université de Californie, Berkeley, a démontré une chaleur de robots au sol qui peut entrer dans un bâtiment effondré pour chercher des survivants. Chaque robot est environ la taille d'une boîte à chaussures, équipée d'une caméra thermique, d'un microphone et d'un capteur chimique. Les robots maintiennent la communication en formant une chaîne de relais en pénétrant plus profondément dans les décombres. L'essaim peut générer une carte 3D de la structure intérieure et identifier les emplacements des individus piégés, transmettre les données aux équipes de sauvetage à l'extérieur.

Un discours d'un chercheur de l'Institut Wyss de Harvard a mis en évidence le potentiel des micro-échauffements de robots suffisamment petits pour naviguer dans le corps humain pour recevoir des médicaments ciblés. Bien que les équipes aient encore beaucoup en phase de recherche, elles ont démontré des essaims de particules magnétiques de 10 micromètres qui peuvent être dirigés à travers des vaisseaux sanguins à l'aide de champs magnétiques externes. Ces microbots pourraient potentiellement délivrer des médicaments de chimiothérapie directement aux tumeurs, minimisant ainsi les effets secondaires systémiques.

Impact sur l'industrie et la société

Les innovations présentées lors du sommet ont des implications profondes pour la structure de l'industrie, les modèles d'emploi et les normes sociétales. Les discussions ont été notamment plus nuancées que les années précédentes, les ingénieurs et les chefs d'entreprise reconnaissant à la fois les avantages et les défis que l'automatisation généralisée apporte.

Transformation industrielle

Dans la fabrication, la combinaison de robots collaboratifs, d'IA et de calcul de bord permet ce que certains intervenants appellent des microusines «lights-out» qui peuvent fonctionner avec une supervision humaine minimale. Une étude de cas d'un fabricant d'électronique taïwanais a montré une usine de 200 robots qui produisent des cartes de circuits 24 heures sur 24, sept jours sur sept, avec seulement cinq travailleurs humains sur place pour gérer des exceptions et effectuer la maintenance. La production a augmenté de 40% tandis que les taux de défauts ont baissé de 60%. Cependant, la société a reconnu que la transition a nécessité un recyclage important de ses effectifs, et que la demande pour des ingénieurs mécaniques et électriques a augmenté même que le besoin pour les ouvriers d'assemblage a diminué.

Main-d'œuvre et compétences

Le McKinsey Global Institute, qui a présenté des données au sommet, prévoit que d'ici 2030, l'automatisation pourrait déplacer jusqu'à 30 millions de travailleurs aux seuls États-Unis, mais elle pourrait également créer 20 millions de nouveaux emplois dans des domaines tels que l'ingénierie robotique, le développement de l'IA, la science des données et l'intégration des systèmes. Le panel a souligné la nécessité de récupérer et améliorer les programmes de compétences] pour aider les travailleurs à passer à la transition. L'initiative allemande «Industrie 4.0» a été citée comme un modèle, où le gouvernement, l'industrie et les syndicats collaborent pour financer des programmes de formation qui préparent les travailleurs à l'évolution du paysage de l'emploi.

Comme le Forum économique mondial l'a souligné dans sa couverture du sommet, les entreprises les plus prospères de l'ère de l'automatisation sont celles qui considèrent les robots comme des outils pour augmenter la capacité humaine, et non pas le remplacer. Un intervenant d'un constructeur automobile allemand a décrit comment leur usine a redessiné les lignes d'assemblage de sorte que les robots gèrent des tâches ergonomiques difficiles comme l'assemblage de frais généraux, tandis que les travailleurs humains se concentrent sur l'inspection de la qualité, la résolution de problèmes et la personnalisation spécifique du client.

Défis éthiques et réglementaires

Plusieurs intervenants ont exprimé des préoccupations au sujet des biais algorithmiques dans la robotique axée sur l'IA, en particulier dans les applications telles que les robots de surveillance autonomes ou les robots sociaux d'assistance qui interagissent avec les populations vulnérables. L'IEEE Global Initiative on Ethics of Autonome and Intelligent Systems a publié un ensemble de pratiques recommandées au sommet, mettant l'accent sur la transparence, la responsabilité et la supervision humaine dans tous les systèmes robotiques.

La réglementation était un autre sujet brûlant.AI Act de l'Union européenne inclut des dispositions spécifiques pour les applications robotiques à haut risque, comme les robots de soins de santé et les véhicules autonomes.Les intervenants de la Commission européenne ont décrit comment la réglementation exige des évaluations de la conformité pour les robots utilisés dans les infrastructures critiques, l'application de la loi et les soins de santé.

Plusieurs chercheurs et éthiciens éminents en robotique ont appelé à un traité interdisant les armes totalement autonomes qui prennent des décisions de vie ou de mort sans intervention humaine. Les organisateurs du sommet ont permis un débat officiel sur le sujet, avec la participation des ingénieurs et des experts politiques. Bien qu'aucun consensus n'ait été atteint, la discussion a souligné que la communauté robotique ne peut ignorer le caractère à double usage de nombreuses technologies.

Conclusion : Un avenir fondé sur la collaboration

Le 2024 Automation Engineering Summit a clairement indiqué que la robotique entre dans une nouvelle phase. La technologie ne se limite plus aux planchers d'usines lourdement surveillés; elle se déplace dans les hôpitaux, les entrepôts, les fermes, et même les maisons. Les percées dans les robots collaboratifs, l'IA, la robotique douce et les systèmes d'essaim ne sont pas seulement des améliorations progressives.

Cependant, le sommet a également souligné que l'avenir de la robotique n'est pas seulement une question technique. Il s'agit également de la façon dont nous concevons ces systèmes pour travailler avec les gens, comment nous nous assurons qu'ils sont sûrs et équitables, et comment nous préparons notre main-d'œuvre et notre société aux changements qu'ils apporteront. Le message le plus convaincant du sommet était que la prochaine grande percée en robotique ne serait peut-être pas un nouveau matériau ou un nouvel algorithme, mais plutôt la collaboration entre les ingénieurs et les communautés qu'ils servent.

Pour un examen plus approfondi des données présentées au sommet, y compris la liste complète des documents techniques et des transcriptions principales, les actes officiels sont maintenant disponibles en ligne.