En tant que l’une des disciplines majeures du 21e siècle, la robotique s’intéresse notamment à la conception, au guidage, mais aussi à la fabrication et au fonctionnement des robots. Ainsi, le domaine de la robotique n’incarne pas uniquement l’ensemble des progrès techniques qui ont eu lieu pendant plusieurs décennies, mais se révèle aussi très complexe. Par conséquent, il englobe, allie et revendique dans la même mesure l’interaction de nombreuses sciences, disciplines et branches. L’électronique, le génie mécanique et les mathématiques principalement, mais aussi l’informatique et surtout le domaine de recherche de l’intelligence artificielle sont d’une grande importance pour la robotique. Ces disciplines sont complétées par les sciences cognitives, la psychologie et la biologie, afin de ne pas perdre des yeux la compréhension morale et sociale lors de l’interaction entre l’homme et de la machine.
Au stade d’évolution actuel, la robotique s’intéresse notamment aux robots collaboratifs, appelés cobots. Ceux-ci diffèrent des robots industriels traditionnels du fait qu’ils travaillent à proximité immédiate des hommes et ne sont donc pas séparés physiquement de leur environnement par le biais de protections. Afin de garantir la sécurité de l’homme dans ce contexte, l’intégration de différents capteurs externes s’avère nécessaire. Ces derniers enregistrent diverses données qui fournissent au robot, ou plus précisément à son unité de commande, des informations sur les conditions spatiales — et donc sur la position exacte de l’homme —. La robotique inclut par ailleurs d’autres sujets en vogue comme les robots mobiles autonomes, l’apprentissage automatique, les logiciels de Cloud Computing et l’interconnexion des composants mécaniques et électroniques au moyen des technologies de communication et de l’information.
Les résultats et le succès de la robotique prennent des formes multiples et influencent énormément l’humanité. Cela concerne notamment l’économie et la science, mais aussi la santé, le transport et le domaine militaire. Les effets de la robotique s’observent particulièrement dans la société et devraient modifier la vie humaine durablement — que ce soit au niveau public que dans le domaine privé.
La robotique et l’automation : deux éléments décisifs de la révolution industrielle
L’automation, qui vise à optimiser les processus et les étapes de travail grâce à des installations et des systèmes autonomes, joue un rôle d’une énorme importance dans ce que l’on nomme l’industrie 4.0. Celle-ci associe principalement des processus de production industriels avec des innovations numériques issues des techniques de l’information et de la communication. L’interconnexion repose notamment sur des solutions d’automatisation intelligentes comme la robotique et ses produits. L’automation, la robotique et la transformation numérique dépendent à cet égard les unes des autres — ainsi, un robot développé pour une tâche spécifique peut exécuter une étape de travail particulière sans aucune intervention humaine et donc automatiser le processus.
Le choix et le nombre des étapes de travail à automatiser au sein d’une chaîne de valeur varient. Selon le nombre de machines et de robots autonomes ou semi-autonomes utilisés, il est possible de faire la distinction entre une automatisation partielle et une automatisation totale. L’on parle d’automation quand le processus est totalement ou presque entièrement automatisé.
Les raisons qui motivent le processus continu d’automatisation sont diverses, mais ont cependant surtout des explications économiques. L’utilisation industrielle des robots, des processus de numérisation et autres solutions d’automatisation permettent à la fois d’augmenter la productivité et la qualité des produits, mais aussi de baisser les rebuts de production et le temps nécessaire pour effectuer les tâches. Alors qu’il est de toute façon inévitable d’un point de vue économique d’économiser de l’énergie et les ressources, cela est aussi bénéfique pour l’écosystème et la société. Outre l’optimisation des processus de production, les systèmes intelligents permettent par ailleurs d’économiser des frais de personnel. La somme de ces aspects confère flexibilité et dynamisme aux entreprises sur le marché, face à la concurrence et aux conditions sociétales. Les machines et les robots, surtout dans les branches de l’industrie comme la métallurgie ou le secteur automobile, viennent assister les ouvriers en effectuant à leur place des tâches physiques ou monotones.
Par conséquent, l’automation, la numérisation et la robotique influent le marché du travail et la position des hommes au sein de nombreuses chaînes de valeurs. En production, les domaines d’activités se modifient très fortement. Et comme les robots industriels améliorent la manipulation, le montage et l’élaboration des pièces usinées, les tâches des humains se concentrent plutôt sur la planification, le contrôle et la maintenance. De plus, on observe une collaboration de plus en plus développée entre l’homme et les robots, car malgré la sophistication des systèmes et les technologies innovantes, les capacités spécifiques, la créativité et le savoir implicite de l’homme restent inégalés. Parallèlement à l’automatisation des différents processus de travail, la valeur des tâches réalisées par l’homme augmente.
Le spectre de performance de l’automation ne se limite pas aux ateliers de production, mais s’étend bien au-delà. Parmi les nombreuses applications, l’on trouve par exemple la régulation constante de la température et de l’humidité dans les habitations privées. Le domaine de l’automobile a recours à des embrayages automatiques et des aides au stationnement qui améliorent le confort et la sécurité. Bientôt, les véhicules autonomes devraient faire leur apparition sur les routes, alors que le transport des biens de consommation sera automatisé et que les drones non pilotés livreront en des temps records les marchandises commandées. L’utilisation de l’automation, de la robotique et de la numérisation présente par conséquent des avantages pour de nombreux domaines d’applications.
Les réducteurs en robotique — structure et configuration
Dynamisme, précision et autonomie : les propriétés que l’on exige des robots ne cessent de croître et sont pour les chercheurs, développeurs et ingénieurs des défis de plus en plus conséquents. Sachant que le succès de la robotique et son acceptation grandissante reposent en majeure partie sur les performances techniques et mécaniques. Les robots industriels qui se sont fait une place depuis de nombreuses dans tous les ateliers de production du monde donnent un aperçu de la structure complexe et de la configuration de la robotique.
Bien que les robots industriels exécutent des tâches diverses et qu’ils se différencient entre eux par leurs équipements spécifiques et leurs conceptions, ils sont tous dotés d’une structure de base identique. Celle-ci se compose d’une chaîne de membres cinématiques, comprenant divers arbres et raccords comme des articulations à charnière, des axes rotatifs et des joints à glissière. Ces éléments sont indispensables pour que le robot — appelé aussi manipulateur — ou plutôt pour que son bras ou système préhenseur puisse bouger librement et réussisse à saisir les pièces usinées.
Le mouvement de ces éléments est ensuite impulsé par un réducteur intégré. Ce dernier joue un rôle essentiel et fondamental dans la fonctionnalité du robot qui est de transmettre la puissance de manière sûre et fiable. Les réducteurs de précision des séries SHG-2UH/2SO/2SH de Harmonic Drive AG sont prédestinés à une utilisation dynamique et précise des robots industriels. Avec leur roulement de sortie résistant au pivotement, ils confèrent une compacité à la construction, et un arbre creux pour y placer des câbles d’alimentation, des arbres et d’autres éléments.
Au côté de la cinématique, du système de préhension et de l’entraînement, les capteurs internes et externes constituent des éléments essentiels de la robotique. Alors que les capteurs internes enregistrent en temps réel des informations sur la position des axes et des articulations du robot, les capteurs externes eux donnent des indications sur l’environnement, c’est-à-dire les indications relatives à l’espace dans lequel les robots évoluent. Les données collectées sont utilisées par l’unité de commande, laquelle détermine les mouvements et les actions du robot selon sa programmation.
L’histoire de la robotique
Les robots sont considérés comme l’innovation du 20e et du 21e siècle et sont pour beaucoup l’apanage de l’informatique, de l’électrotechnique et du génie mécanique. Et même si l’évolution de la robotique dans ladite période a considérablement progressé, les précurseurs des robots actuels modernes existent depuis déjà de nombreux siècles. Les premiers essais avec des automates — parmi lesquels des machines à musique et des portes de temple qui s’ouvrent de manière autonome — ont en effet été entrepris dès l’Antiquité. En 1737, Jacques de Vaucanson, ingénieur et inventeur français, développa un flûteur automate mécanique qui pouvait jouer une douzaine de morceaux différents, ainsi qu’un canard mécanique. Ce dernier était notamment en mesure de bouger ses ailes et de boire de l’eau ; de Vaucanson le créa à partir de 400 composants. Ces automates et les suivants, ainsi que les modèles basés sur l’automation, n’étaient en général que des prototypes qui ne furent pas reproduits à des fins commerciales. Il s’agissait plutôt d’œuvres de chercheurs et d’inventeurs.
La percée de la robotique s’est finalement produite en 1960 lorsque les premiers robots industriels ont pris place le long des lignes de montage. Au début, les robots à entraînement hydraulique et statiques sont apparus pour les travaux notamment de soudure de pièces moulées sous pression et devaient révolutionner les ateliers de production du monde entier. Dès les années 1980, les robots s’étaient démocratisés dans l’industrie et particulièrement dans le secteur automobile. Le développement de la robotique a été fulgurant, de sorte que rapidement les premiers robots mobiles ont été conçus, produits et utilisés. En raison des progrès techniques, le spectre des applications aussi n’a cessé de s’élargir. Aujourd’hui, l’automation et la numérisation — tout comme la robotique — progressent irrémédiablement dans quasiment tous les secteurs.
Les robots industriels : une garantie de rentabilité et d’efficacité
Dans le secteur industriel, l’utilisation de la robotique est une composante d’extrême importance et est même devenue incontournable. Alors que dans l’industrie automobile, les robots industriels jouaient un rôle important dans le processus de fabrication à la chaîne, ils n’ont cessé de s’améliorer grâce aux innovations et aux progrès techniques et font désormais partie intégrante de la chaîne de valeur industrielle. Le processus de l’automatisation et la quête continue de rentabilité, d’efficience et de durabilité permettront à la robotique de maintenir sa position fondamentale aussi à l’avenir.
Les robots offrent des possibilités d’application très diverses et varient d’un secteur à l’autre. Les domaines d’application de production les plus courants sont cependant les systèmes de manipulation pour monter, conditionner et équiper les machines. Mais on trouve des robots industriels aussi au niveau de processus tels que la peinture, le mesurage, le ponçage, le découpage et le soudage. Les exigences en matière de robot industriel diffèrent — du point de vue de sa conception technique et mécanique avant tout — selon les tâches qu’il doit effectuer. Lorsque les étapes de travail et les processus sont simples, répétitifs et sans modifications, les robots utilisés sont souvent statiques et exempts de capteurs. Dans de nombreux secteurs en revanche, les chaînes de valeur requièrent en majorité des robots complexes. Les capteurs, les technologies intelligentes et les vastes possibilités qu’offrent la programmation et le guidage sont ici indispensables.
Les robots mobiles et autonomes aussi ont dans l’industrie une énorme influence sur l’élargissement du spectre des applications de la robotique. Les interconnexions avec les technologies intelligentes et l’autonomie de travail qui en résulte permettent à ces robots d’améliorer le transport et la logistique dans nombre d’ateliers de production. Si des matériaux doivent être transportés pour venir par exemple équiper une machine, ce sont des robots spécifiques qui s’en chargent. Ces derniers sont ainsi une composante importante en faisant le lien entre les différentes étapes de processus et appartiennent à ce que l’on appelle l’usine intelligente.
Le robot médical — l’assistant 2.0
En médecine, la robotique joue essentiellement un rôle d’assistance et apporte une aide au personnel spécialisé. Grâce à la constance de leur performance, les robots médicaux réduisent les durées d’opération et diminuent les erreurs de traitement qui peuvent se produire en raison de la fatigue. Mais la robotique intervient aussi en dehors de la salle d’opération. Le secteur des soins stationnaires, qui est particulièrement touché par la transformation démographique, en bénéficie également. Tandis que les personnes dépendantes et nécessitant d’être prises en charge sont de plus en plus nombreuses, le manque de personnel ne cesse de s’intensifier. Les robots médicaux assistent le personnel en transportant les poches de sang et en remplissant les échantillons. Les technologies intelligentes de la robotique libèrent ainsi du temps, qui peut être consacré aux soins plus intensifs des patientes et patients et à ceux qui requièrent plus d’attention de la part du personnel soignant.
Contrairement à certaines fictions, la robotique, essentiellement en médecine, n’a pas pour objectif de remplacer le chirurgien, l’interne ou le soignant. Les robots médicaux n’agissent, en principe, pas de manière autonome, mais sont guidés par le personnel spécialisé et qualifié. La robotique et la technique constituent en ce sens plutôt une manipulation positive ou une optimisation des capacités humaines — et revêtent donc une importance pour l’ensemble de la société. Celle-ci est particulièrement visible dans le secteur de la rééducation au moyen de ce que l’on appelle les exosquelettes. Ces structures porteuses sont équipées de servomoteurs et aident les malades à exécuter les mouvements quotidiens et à recouvrer une certaine mobilité.
Les robots domestiques chez les particuliers
Dans le secteur industriel et dans de nombreux sous-domaines de l’économie et la science, la robotique est déjà un élément du quotidien. Alors que l’homme, la machine et le robot y travaillent main dans la main, le spectre d’application des robots dans les foyers ne se limite encore qu’à quelques tâches. Les robots domestiques, aussi appelés robots de service, se caractérisent par leur mobilité et par leur autonomie. Ils sont en mesure d’effectuer des travaux de nettoyage avant tout, tels que la tonte du gazon et l’aspiration de la poussière, sans que l’homme intervienne et les guide. À l’aide de capteurs spécifiques et d’une programmation axée sur les tâches, ces robots peuvent s’orienter seuls et se révèlent tout à fait aptes à réagir aux changements qui interviennent dans leur environnement.
La complexité fondamentale de l’utilisation de la robotique dans les foyers constitue toutefois un grand défi pour la recherche et le développement. L’environnement en question peut être décrit comme très sensible et dynamique. Les robots mobiles en particulier agissent au contact direct de l’homme, c’est pourquoi il n’y a aucune place pour les systèmes ou les technologies encore immatures et un fonctionnement précis et irréprochable est indispensable. Par ailleurs, de nombreuses tâches requièrent des schémas de mouvements, des étapes de travail et des conditions complets et qui changent souvent. Les robots doivent par conséquent être capables d’appréhender leur environnement avec précision, dynamisme et en utilisant leur expérience. À ce sujet, les composants sociaux représentent un intérêt essentiel.
En dépit des problèmes évoqués, la robotique occupe une importance grandissante chez les particuliers et le nombre de robots employés dans les foyers ne cesse d’augmenter. Les progrès techniques surtout, mais aussi l’acceptation de la population sont déterminants dans ce processus. Une part fondamentale du succès et des progrès de la robotique dans son ensemble — y compris des robots domestiques — sont en outre dus à l’intelligence artificielle et à la transformation systématique du flux d’information. Grâce à l’automatisation des comportements intelligents, les robots domestiques doivent pouvoir traiter seuls des problèmes, notamment de valeurs empiriques ou d’informations externes ou internes. Dans ce contexte, il est donc nécessaire d’optimiser la communication et l’interaction entre l’homme et le robot.
La robotique dans le contexte militaire
Parmi les nombreux champs d’application de la robotique, on peut aussi nommer la lutte contre le terrorisme, la protection civile et l’armée. Les robots développés à des fins militaires, aussi appelés robots militaires ou armes autonomes, sont principalement employés dans les domaines de l’observation, de la reconnaissance, de l’espionnage et de la surveillance. Les plus éprouvés sur le terrain sont surtout les drones de combat qui participent à des actions de reconnaissance et disposent le cas échéant de missiles — et peuvent par conséquent servir à lancer des frappes. Alors qu’actuellement, ces tâches sont en partie effectuées dans des domaines tactiques et opérationnels fortement limités, on devrait, au regard des progrès de l’automatisation, observer à l’avenir un développement croissant de la robotique. Dans ce contexte, l’autonomie des robots revêt une grande importance avec les problématiques éthiques que cela implique. Outre l’automatisation, l’intelligence artificielle et l’autonomie, la tendance au sein de la technologie militaire prend la forme d’une miniaturisation des structures.