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La robotique de service est au coin de la rue

Cet article est le cinquième d'une série de sept consacrée à la robotique, dont la publication s'étalera sur plusieurs mois.

Un robot, c'est une machine intelligente dotée d'un degré d'autonomie, avec trois caractéristiques : des capteurs pour comprendre son environnement, des processeurs pour l'analyser et prendre des décisions, et des actionneurs (moteurs, outils, bras articulés) pour agir sur le monde réel. Présents depuis plusieurs décennies dans l'industrie, les robots arrivent aujourd'hui dans les services. Les enjeux sont différents. Pour bien les comprendre, prenons le temps de préciser ce que recouvre ce terme si vague de « services », qui représente aujourd'hui plus de 70% du PIB des économies développées.

Il y a services et services

En économie, un service consiste en la mise à disposition d'une capacité technique ou intellectuelle à un particulier ou à une entreprise. On a coutume d'opposer services et industrie, en insistant sur deux points : dans un service, le travail est fourni directement à l'usager (entreprise ou personne), et ce sans transformation de matière.

Ce dernier point est contestable : un restaurateur, un coiffeur, un chirurgien transforment de la matière. Une approche plus fine distinguerait le monde industriel, espace clos où des hommes et des machines transforment la matière en masse ou en série, et les services, ensemble d'activités insérées dans des espaces variés (maison, rue, entreprise) et travaillant sur l'homme (coiffure, médecine…), sur son environnement (ménage, surveillance, sécurité), le suppléant ou l'épaulant pour certaines tâches spécialisées (banque, conseil), ou tout simplement lui facilitant la vie pour ses déplacements ou pour mettre des biens à sa disposition (commerce, logistique).

La variété des tâches répond à celle des acteurs impliqués. Certains services mobilisent des organisations publiques, d'autres des entreprises, d'autres appartiennent à l'économie informelle, comme le baby-sitting. Certains s'adressent principalement à des individus, d'autres à des organisations et notamment à des entreprises. Mais derrière l'immense diversité du monde des services, on retrouve une idée simple : ce qui caractérise un service, c'est l'interaction avec le monde humain, par opposition à l'industrie qui est tournée vers la matière.

C'est dans ce contexte qu'Olivier Fallou et Robert Millet, dans un séminaire organisé en 2012 par le Pôle interministériel de prospective et d'anticipation des mutations économiques, introduisent la robotique de service en insistant sur « une  capacité d'opération dans un environnement conçu pour l'homme, en interaction avec un environnement conçu pour l'homme, et en interaction avec l'homme ». Qui dit service dit monde humain. D'où des contraintes particulières, comme par exemple « une sécurité de fonctionnement permettant le fonctionnement en présence d'un public éventuellement large, et le cas échéant non professionnel ».

Que représente aujourd'hui le secteur de la robotique de service ? Il s'agit d'un marché émergent, qui a bénéficié de la dynamique de la robotique industrielle et qui est aujourd'hui en plein essor. Selon la Fédération internationale de la robotique, il pourrait atteindre 100 milliards d'euros en 2018 et 200 milliards en 2023, contre 25 milliards en 2015. Les constructeurs sont très majoritairement des PME et des start-up issues de laboratoires de recherche, surtout dans le domaine de la robotique personnelle. Des sociétés importantes, actrices de la robotique industrielle, sont en veille très active sur certaines applications de la robotique de service, soit en direct, soit via des start-up de laboratoire (comme Kuka en Allemagne ou Fanuc au Japon).

À la variété des acteurs industriels répond celle des produits. Il y a par exemple les robots humanoïdes comme Baxter, qui a un écran en guise de tête, exécute les tâches simples qu'on lui apprend et peut détecter la présence d'une personne pour la saluer. Mais ils ne sont pas seuls en lice. La Fédération internationale de la robotique note la multitude des formes et de structures, mais aussi de domaines d'application. Les robots de service ne sont pas forcément mobiles, ni forcément autonomes. « Dans certains cas, ils se composent d'une plateforme mobile sur laquelle un ou plusieurs bras sont attachés et contrôlés de la même façon que les bras des robots industriels. En outre, contrairement à leurs homologues industriels, les robots de service n'ont pas à être autonomes ou entièrement automatiques. Dans de nombreux cas, ces machines peuvent même aider un utilisateur humain ou être opérées à distance. »

Quels sont les services susceptibles d'être robotisés?

Dans une étude de 2003 qui fait désormais référence, David Autor, Frank Levy et Richard Murnane pointaient que le critère fondamental pour le remplacement des hommes par des machines, c'est le caractère routinier des tâches et leur simplicité, et dans ces conditions la distinction entre industrie et services n'avait guère d'importance. La vague de la robotisation ne ferait pas de détail.

Les services que l'on peut robotiser, ou qui sont susceptibles de l'être demain ou après-demain, sont donc caractérisés par des tâches répétitives, où les choix sont limités. Car si un robot se caractérise par une autonomie de mouvement associée à une autonomie de décision (sur tout ou partie des actions élémentaires qu'il doit accomplir), il reste inadapté à des actions complexes qui requièrent une capacité d'initiative. Sauf à être accompagné par l'homme, comme c'est le cas dans la dronautique ou la chirurgie.

Les activités qui se prêtent à la robotisation sont nombreuses : on cite ainsi la logistique et le transport, le nettoyage industriel, la surveillance et la maintenance (sites, espaces publics, infrastructures), la construction/démolition, l'assistance médicale, l'assistance domestique, l'aide à l'autonomie…

Essayons d'y voir plus clair. Une première distinction fait apparaître deux grandes catégories : la robotique professionnelle et la robotique personnelle.

À côté des robots militaires et de la robotique chirurgicale (qui font l'objet de deux articles dans cette série), la première catégorie comprend des robots destinés à accomplir une tâche dans un lieu public ou une entreprise. Parmi ces tâches, le nettoyage industriel et celui des lieux publics, les robots de livraison dans les bureaux ou les hôpitaux. Les robots d'intervention (robots de terrain, robots-pompiers, de démolition…) appartiennent aussi à cette catégorie, qui se définit par la présence d'un opérateur spécialisé, ayant pour mission de démarrer et arrêter le robot, mais aussi de surveiller son travail.

Dans la seconde catégorie se rangent les produits « grand public », comme l'aspirateur-robot, qui sont déjà présents dans nos demeures, mais aussi des machines destinées à des personnes handicapées ou fragilisées : fauteuils roulants automatisés, robots d'assistance à la motricité, robots-compagnons et robots-animaux domestiques, pour la compagnie ou l'exercice. La Fédération internationale de la robotique définit cette catégorie en insistant sur le fait qu'il s'agit de tâches « non commerciales », et sur le fait que les robots sont utilisés par des personnes sans qualification particulière.

Intervenir en milieu extrême

Le marché de la robotique de service professionnelle est dominé aujourd'hui par la robotique de défense (voir le deuxième article de cette série) et la robotique dite d'intervention. Ces deux domaines sont caractérisés par des environnements dangereux. Les missions d'intervention confiées aux robots consistent par exemple à accéder à des installations ou des équipements en proie à un incendie, ou encore potentiellement contaminés par des polluants chimiques ou radioactifs, pour observer, mesurer, prélever, et réaliser diverses manœuvres.

Le Groupe Intra, qui possède le premier parc mondial de robots d'intervention, a été créé en 1988 par les trois principaux acteurs du nucléaire français, EDF, le CEA et  Areva (alors Cogema) ; il s'est équipé d'une flotte d'engins mobiles robotisés, semi-autonomes, développés par le CEA et des partenaires industriels comme Cybernetix, et notamment d'un robot composé de deux corps articulés qui lui permettent de monter et descendre des escaliers et même de franchir des obstacles hauts de 40 cm ! « Pour cela, le robot soulève sa partie avant ou arrière, explique Jean-Marc Alexandre, chercheur au CEA. Ce mouvement se fait grâce au déplacement du bras manipulateur du robot qui peut se mouvoir d'une partie à l'autre, modifiant ainsi le centre de gravité des deux corps. » Pour résister aux radiations destructrices, le robot est équipé d'une électronique durcie qui résiste à des taux 100 fois supérieurs à l'électronique classique.

Les robots d'intervention ressemblent souvent plus à des véhicules militaires qu'à des robots. Guardian, Terra Mec et Thermite, par exemple forment une équipe de pompiers-robots mis en vente par la compagnie américaine Howe and Howe Technologies. Le premier est un bras qui déplace les débris; le second est une charrue qui dégage le chemin vers le site à arroser et le troisième projette 2270 litres d'eau à la minute. Tout trois ressemblent à de petits tracteurs. Dans un autre environnement, les robots sous-marins, comme ceux développés par le Centre européen de technologies sous-Marines (qui comprend 32 chercheurs de cinq pays : Portugal, Allemagne, Espagne, Italie, France), peuvent être utilisés dans le cas de marées noires, pour localiser les nappes de pétrole.

Une apparence plus proche de l'homme peut avoir ses avantages, notamment dans des environnements conçus spécifiquement pour lui. On apprenait ainsi en avril 2014 que l'US Navy teste un robot humanoïde pompier appelé SAFFiR, destiné à éteindre des incendies en pleine mer. Le robot a été développé par les équipes de recherche des universités Virginia Tech, UCLA et l'Université de Pennsylvanie. Comme l'explique Franck Latxague, fondateur du site Humanoïdes.fr, « les robots devront être capable d'accomplir différentes tâches comme par exemple se tenir en équilibre malgré le navire qui tangue, ouvrir des vannes, ramasser des objets, diriger la lance à eau vers la source de chaleur et éteindre les flammes évidemment. Ils posséderont des capteurs de vision et de détection pour repérer les corps humains à travers la fumée. Ils pourront mémoriser le plan du navire et se déplacer de manière autonome à l'intérieur de celui-ci. »

À côté de ces situations d'urgence, la vie des robots démolisseurs apparaît bien plus tranquille, mais l'environnement dans lequel opèrent ces machines est lui aussi dangereux pour les hommes, des risques d'écroulement aux poussières. Elles ont l'avantage de la performance, pour des tâches qui ne requièrent pas une précision particulière. Le groupe suédois Husqvarna a par exemple développé toute une gamme de robots démolisseurs télécommandés qui offrent à la fois puissance, manœuvrabilité, stabilité et grande portée.

Cent fois sur le métier…

À côté des opérations dangereuses en milieu extrême, les robots s'avèrent particulièrement bien adaptés pour des activités routinières, notamment celles qui sont fastidieuses ou épuisantes.

Prenons le cas d'Amazon. Le géant du commerce électronique a souvent été mis en cause sur les conditions de travail dans ses gigantesques entrepôts, et en retour le management a du mal à gérer les absences, le turn-over, ainsi que les vols commis par les employés. Les robots offrent une solution idéale : ils forment une main-d'œuvre silencieuse, taillable et corvéable à merci, et qui n'aura jamais la tentation de piocher dans les stocks. Amazon a annoncé en 2012 l'acquisition de Kiva Systems, qui développe du matériel de manutention robotisé, pour 585 millions d'euros. Son objectif est le remplacement progressif des employés de ses entrepôts par des robots, intégrés dans un système d'information qui permettra d'automatiser la chaîne de A à Z, de la gestion des stocks à l'envoi en passant par l'empaquetage. L'enjeu, semble-t-il, est moins de rogner sur les coûts que de gagner en efficacité. La robotisation est notamment un élément décisif dans la recherche de la vitesse et de la réactivité, qui sont comme l'explique Brad Stone des éléments décisifs de la stratégie de la firme de Seattle pour faire la différence avec ses concurrents.

La logistique est aujourd'hui un marché en croissance pour la robotique de service. Elle ne concerne pas que les entrepôts mais aussi, par exemple, les bureaux et les hôpitaux, où des robots sont déjà utilisés pour transporter des médicaments. Dans les entrepôts, les robots sont des plateformes mobiles comparables à celles qui sont déjà utilisées depuis les années 1950 à ceci près qu'elles seront entièrement automatisées et accompliront une gamme de tâches bien plus vaste, rendant inutile l'intervention humaine. Dans les bureaux et hôpitaux, ce sont de petits chariots électriques automatisés.

À côté de ces machines il existe aussi des systèmes alternatifs, comme celui de Balyo, une entreprise créée en 2005. Raul Bravo, cofondateur de l'entreprise et ingénieur de l'Ecole Polytechnique, explique au magazine 01.net que si l'objectif reste d'automatiser les déplacements de marchandise dans un entrepôt, la solution développée est très différente : ils s'agit d'un simple boîtier, le MoveBox, qui permet à un chariot électrique standard de devenir autonome. Nul besoin d'infrastructure au sol : le boîtier se repère de lui-même grâce à son système de reconnaissance d'image 3D. « Nous sommes les seuls au monde à proposer un tel système sans aucune infrastructure au sol », explique Raul Bravo.

Restons un moment dans les entrepôts. Parmi les tâches routinières que les robots peuvent accomplir avec des performances égales, sinon supérieures aux humains, figure la surveillance. Le robot e-Vigilante développé par Eos Innovation est ainsi capable de faire des rondes dans le noir, de détecter grâce à ses capteurs le moindre signe suspect et de prévenir un responsable, qui pourra procéder à une « levée de doute » : il est alors possible de prendre la main à distance sur le robot grâce à la caméra et aux haut-parleurs intégrés. Là encore, le robot permet d'éviter de mettre en danger un humain, tout en améliorant la performance. L'enjeu est de réduire les coûts de surveillance tout en optimisant la sécurité à l'intérieur des sites surveillés. Le robot présente aussi des avantages par rapport aux caméras fixes, dont les malfrats savent repérer les angles morts. E-vigilante circule à une vitesse moyenne de 4 à 6 km/h, mais il peut faire des pointes à 10 km/h en cas de besoin. Il est petit (35 cm), mais si on essaie de l'attraper, une alarme stridente se déclenche et il émet des flashs aveuglants. Le modèle économique d'Eos Innovation est fondé sur la location-maintenance du matériel. Les clients déboursent 2500 euros par mois pour un modèle d'entrée de gamme.

À côté de la surveillance, certains métiers de la restauration, particulièrement pénibles,  sont en passe d'être robotisés. C'est sans surprise le cas dans les fast-foods, conçus depuis longtemps sur un modèle industriel. La société californienne Momentum Machines propose une chaîne de hamburgers robotisée capable de réaliser la découpe des tomates, la cuisson du steak et l'adjonction d'une dose de sauce. Ce robot peut fabriquer 360 sandwiches en une heure ! En Chine, on a beaucoup parlé du Robot Restaurant de Harbin, où une vingtaine de robots font le service et cuisinent certaines préparations comme les baoze ou les nouilles. La restauration est, en Chine comme ailleurs, un secteur en tension qui a du mal à recruter.

D'autres tâches peu qualifiées sont aujourd'hui en cours d'automatisation, dans les services de jardinage. Des tondeuses automatisées comme Robomow sont depuis plusieurs années sur le marché. La plupart n'ont pas réellement de système de guidage : leur parcours est aléatoire, la surface à tondre est délimitée par un fil, ce qui présente certaines contraintes d'exploitation et une faible efficacité sur le terrain. Mais une innovation récente pourrait changer la donne, pour les grands espaces (comme les terrains de golf) : le système NAV ON TIME propose une solution guidée par satellite avec un positionnement haute précision, un parcours intelligent paramétrable par l'utilisateur et sans délimitation par fil.

À côté du jardinage, l'agriculture commence à utiliser les services des robots, pour des tâches parfois complexes. Par exemple, le robot VIN taille la vigne, une activité fastidieuse pour laquelle les vignerons ont du mal à trouver de la main-d'œuvre. Ce n'est qu'un début : comme le note Bruno Bonnell, président du syndicat français de la robotique Syrobo, « des robots agricoles sont en cours de développement pour trier les mauvaises herbes ou traire les vaches ».

Des robots et des hommes

Avec ces interventions sur le vivant, on se rapproche du point le plus délicat, le plus intéressant aussi, de la robotique de service : les interactions avec les hommes. Encore anecdotiques sont les robots dédiés aux « relations publiques », qui gèreront l'accueil dans les lieux publics. C'est là, sans surprise, que l'on trouve les « stars » de la robotique, comme l'aspirateur robot Roomba ou l'humanoïde Nao. On entre ici, également, dans une économie différente, partagée entre des machines fabriquées en grandes séries et marchés de niche.

La robotique de service à usage domestique a un marché estimé ainsi par la Fédération internationale de la robotique : « En 2012, trois millions de robots de service domestiques ont été vendus, soit 20% de plus qu'en 2011. » Parmi ses projections pour la période 2013-2016, retenons celle-ci : « Les ventes de robots domestiques pourraient atteindre presque 15 millions d'unités, pour une valeur estimée à 5,6 milliards de dollars. La majorité des pièces serait composée de robots ludiques, notamment en raison de leur prix abordable. Il faudrait aussi prévoir la vente de trois millions de robots éducatifs et dédiés à la recherche. Les robots d'assistance aux personnes à mobilité réduite ne représenteraient que 6400 unités vendues, mais ce marché sera amené à croître considérablement d'ici les 20 prochaines années. »

Si l'Europe est très performante en matière de robotique de service professionnelle (logistique, construction et démolition essentiellement), le leadership de la robotique domestique se partage entre le Japon, les Etats-Unis et la Corée du Sud, pays dont le Premier ministre avait déclaré en 2006 : « Nous voulons mettre un robot dans chaque maison d'ici 2010. »

Le Japon se sert quotidiennement d'un cinquième de la production mondiale. En France, 190 000 pièces se sont vendues en 2012, soit 21% de plus qu'en 2011. Ne nous leurrons pas. Si Roomba rencontre un tel succès, c'est aussi qu'il a atteint un rapport performance/prix enfin acceptable pour le grand public (400 euros environ). Ce ratio joue un très grand rôle dans le développement du marché. Un robot-tondeuse à 5000 euros ne rencontrerait pas de clientèle. Avec des premiers prix à 950 euros, ils sortent définitivement de la catégorie des gadgets de luxe.

Une grande partie des robots destinés à un usage domestique, des tondeuses aux aspirateurs, sont en réalité de simples appareils électro-ménagers améliorés. Plus novateurs apparaissent les robots compagnons et les robots d'assistance.

Nao, l'un des robots les plus médiatisés aujourd'hui, tient compagnie à des personnes en perte d'autonomie ou à des enfants autistes ou hospitalisés. Commercialisé depuis 2008 par la société Aldebaran, cet humanoïde de 58 centimètres de haut a été vendu à plusieurs milliers d'exemplaires et son successeur Pepper devrait connaître le même destin. La concurrence s'organise avec Asimo, un humanoïde développé par Honda.

Proches des robots animaux de compagnie comme le Genibo du coréen Dasatech, voire des deskpets commercialisés pour quelques dizaines d'euros, les robots compagnons humanoïdes présentent toutefois une sophistication bien supérieure et ils sont appelés, de plus en plus, à se rendre utiles, en suppléant notamment aux problèmes de mobilité des personnes qu'ils assistent. Nao peut aller chercher un objet et le ramener à son propriétaire, par exemple.

Répondant à des problématiques d'autonomie qui sont amenées à prendre toujours plus d'importance avec le vieillissement de la population mondiale, ces robots pourraient à terme voir leur essor favorisé par les systèmes de sécurité sociale, qui en en remboursant l'achat ouvriraient la voie à une production en grande série.

Mais les fonctionnalités de Nao et de ses homologues restent limitées. Contrairement aux affirmations les plus optimistes, il est difficile, voire impossible, d'évaluer quand les robots de service personnel s'assiéront dans nos canapés. Ce n'est qu'en se tournant vers le passé que l'on comprend ce qu'ils sont vraiment : des sujets de recherche pas prêts d'aboutir. Le robot-aspirateur, commercialisé récemment, était en développement depuis 20 ans. Google vient d'annoncer en fanfare le démarrage de la production de 100 prototypes de voitures sans volant ni pédales. Gardons en tête que les plus grands industriels de l'automobile travaillent la technologie autonome depuis le début des années 1980 et que le « DARPA Grand Challenge » a déjà 10 ans : cette compétition, organisée par l'agence américaine responsable des projets en recherche avancée pour la Défense, mettait en jeu des véhicules terrestres sans pilote. La robotique est une discipline coûteuse et fastidieuse. Pour atteindre son but, c'est-à-dire la fiabilité de ses engins, elle ne peut faire l'économie du temps. Ainsi, soyons réalistes : les robots de service personnel actuellement vantés ne sortiront pas du laboratoire avant dix ou quinze ans.

Si les robots de service personnel spécialisés (aspirateur, nettoyage de vitres, etc.) peuvent continuer à se répandre, les robots de service personnel plus génériques (compagnons, assistants) ne dépassent pas leurs insuffisances fondamentales. Sur le plan moteur, la position debout n'est pas encore acquise. Les déambulateurs robotisés sont encore majoritaires. Sur le plan de la perception, aucun robot domestique ne sait encore reconnaître, comme le fait déjà un bébé de deux ans, un objet générique, comme une chaise, par exemple, qui peut prendre les formes les plus variées. Sur le plan de la manipulation, rien n'est encore vraiment au point. Débarrasser un objet d'une table sans le casser, ouvrir un tiroir ou une porte, manier du linge ou des pièces non solides… voilà des actions on ne peut plus difficiles à recréer chez un robot. RI-MAN, robot infirmier créé en 2006 par Riken, peut certes soulever et déplacer un malade. Mais il ne faut pas attendre grand-chose de plus.

Si l'aspect moteur est loin d'être maîtrisé, que dire de l'émotion ? Les algorithmes savent certes mimer le rire ou l'empathie, mais les robots se trompent. Ils savent détecter un sourire humain, mais ne savent pas l'interpréter ; ils sont totalement incapables de percevoir la douleur. En fait, les robots ne savent pas encore imiter, ni s'adapter. Il leur manque la pertinence, la souplesse, le sens de la situation. Pierre-Yves Oudeyer, directeur de recherches à l'INRIA, déclarait lors d'une conférence donnée en novembre 2010 : « Pour un robot, un salon avec des enfants est beaucoup plus hostile que le fond des océans. Les enfants chercheront toujours à inventer de nouveaux jeux, de nouvelles interactions, etc. Ce à quoi le robot ne peut pas répondre. »

Au total, les prises de décision du robot fonctionnent pour l'instant dans un monde symbolique fondé sur du préenregistré. C'est comme cela qu'un robot peut battre un champion du monde d'échecs ou nous réserver un billet de train par téléphone. Mais pour le robot domesticus socialus, le défi du monde réel reste quasi entier.