Astro : comment fonctionne le robot d’Amazon ?

En début de semaine, nous vous présentions Amazon Astro, le premier robot domestique capable de vous suivre dans vos déplacements et de patrouiller dans votre maison en votre absence. Une innovation majeure qui, vous vous en doutez, n’a pas été une tâche facile pour les ingénieurs d’Amazon qui nous ont un peu expliqué comment fonctionne le robot Alexa… Dans ses grandes lignes, bien entendu, que nous allons vous résumer ici.

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Amazon Astro : un robot domestique plein de technologie

David Limp  le vice-président senior d’Amazon Devices & Services, a dévoilé mardi lors d’un événement virtuel, une nouvelle gamme d’appareils comprenant Amazon Astro, un robot avec Alexa. Développé dans le secret du Lab128 d’Amazon depuis des années, ce robot dont la presse spécialisée se faisait régulièrement l’écho sous le nom de Projet Vesta n’a pas été simple à concevoir, bien que le leader mondial du e-commerce dispose d’une grande expérience en robotique industrielle.

Un domaine où il est possible de prédéfinir des cartes des environnements que rencontreront des robots, les usines et entrepôts étant des lieux prévisibles. Mais tout est finalement bien plus complexe dans une maison où les choses sont bien plus susceptibles d’évoluer. Les meubles et effets personnels y sont régulièrement déplacés, les personnes et animaux domestiques y sont en mouvement, la lumière y est variable… Autant d’événements qui peuvent s’avérer problématiques pour un robot, surtout si on souhaite le rendre abordable.

En effet, s’il est envisageable d’utiliser des capteurs valant plusieurs milliers d’euros sur un robot industriel, cela n’est tout simplement pas possible lorsque l’on souhaite commercialiser un appareil grand public à un prix décent.

Pour proposer un robot domestique à seulement 1499,99$, les scientifiques d’Amazon ont donc dû trouver des parades et utiliser des capteurs plus abordables que l’ont retrouve, notamment, sur nos robots aspirateurs.

Perception et cartographie en 3D

A l’instar des robots aspirateurs, Amazon Astro utilise de nombreux capteurs pour ses systèmes de cartographie et localisation simultanées (SLAM) qui lui permettent de se mouvoir tout en évitant les obstacles. Ces capteurs de navigation lui permettent de définir des points de repère clés dans l’espace dans lequel il évolue : murs et escaliers, coins de tables, encadrements de portes, etc.

Astro peut ensuite déterminer où il se trouve par rapport à ces repères sur une cartographie en 3D détaillée qu’il met à jour en permanence au fur et à mesure de ses déplacements dans la maison, calculant sa distance par rapport aux obstacles qu’il va rencontrer tels que des canapés, chaises et murs. Son algorithme SLAM va ensuite planifier son chemin, prendre des décisions rapidement et de manière autonome. Une technologie qu’Amazon nomme Intelligent Motion.

Intelligent Motion va générer plusieurs centaines de chemins potentiels par seconde, évaluer chacun d’eux en temps réel, puis déterminer comment le robot doit se déplacer en tenant compte des évolutions de l’environnement et de la probabilité de rencontrer des obstacles tel qu’un sac qui traine, un livre tombé au sol, etc.

Astro utilise un langage corporel et communique ses intentions

Vous l’aurez peut-être remarqué sur sa vidéo de présentation, Astro est capable de suivre une personne et de s’adapter à sa vitesse de déplacement, mais aussi à ses trajectoires. Pour ce faire, Amazon a dû travailler sur l’interaction homme-robot (Human-Robot Interactions en anglais, HRI). Afin de développer des robots ayant la capacité de collaborer mais également de « vivre » au contact des hommes, les chercheurs se sont activés à développer des algorithmes d’apprentissage permettant à leur appareil de se mouvoir avec grâce. Plus un robot a un aspect humanoïde, plus l’homme aura de facilité à accepter sa compagnie.

Les humains comme les animaux domestiques signalent en effet comment ils prévoient de se déplacer avec des signaux inconscients comme un léger tour de tête, une position des épaules différente ou un changement de direction des yeux. Astro fait de même en adoptant des comportements prévisibles, tels que la signalisation de ses intentions par le langage corporel. Ainsi, il va incliner sa tête / son écran, faire bouger ses yeux et changer de posture comme nous inclinons les épaules. Cela permet aux humains que nous sommes de comprendre où il se rend, dans quel sens il va tourner, ou encore à qui il s’adresse.

Une allure humaine

Grâce à sa vitesse de calcul, Amazon Astro pourrait se déplacer à grande vitesse sans pour autant heurter les murs, mais cela aurait quelque chose d’effrayant pour les humains que nous sommes. C’est pourquoi les ingénieurs ont choisi de lui faire adopter des vitesses humaines, qu’il est en mesure d’adapter en fonction de la personne qui lui demande de le suivre, tout en respectant une distance sociale appropriée.

Bien connue en psychologie où l’on parle de proxémie, cette distance sociale est généralement estimée entre 1,20 et 3,70 mètres selon les personnes et les cultures. Pour un Américain, elle sera en effet plus importante que pour un Français. De la même façon, elle sera plus faible dans une relation intime que pour une simplement amicale.

Dans le cas d’Astro, lorsque celui-ci s’approche de quelqu’un, sa technologie Intelligent Motion va utiliser des signaux de vision par ordinateur tels que la position approximative de la personne et la direction dans laquelle elle regarde. Grâce à ses capteurs et sa cartographie, le gentil petit robot va alors planifier un chemin fluide et gracieux lui permettant de se placer dans le champ de vision de l’utilisateur à une distance socialement appropriée.

Intelligent Motion permet aussi au robot de suivre un rythme de marche confortable pour un adulte et d’estimer où cette personne va. Astro est en effet capable de différencier un obstacle d’une personne et de la suivre au lieu de l’éviter, même lorsqu’elle entre et sort de son champ de vision. Cette approche implique à la fois la reconnaissance et le suivi dynamique des obstacles, la planification du chemin, la proxémie et l’interaction homme-robot. Autant dire que l’exercice est complexe et que le robot risque bien de ne pas être infaillible…

Amazon reconnaît en effet que, malgré ses capacités d’analyse très importantes, Astro rencontrera nécessairement des situations difficiles. « Nous savons d’après nos tests internes que cela ne dérange pas les gens d’aider occasionnellement Astro, bien que nous ayons également appris que les gens ont une patience limitée pour un robot qui abandonne trop souvent et demande toujours de l’aide. » Le robot peut donc occasionnellement appeler à l’aide ses propriétaires, mais intègre aussi un ensemble de comportements de récupération lui permettant de se passer d’une intervention humaine.

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Et la confidentialité dans tout ça?

Eh bien, rassurez-vous, l’intelligence d’Astro n’évolue pas dans le cloud comme celle d’Alexa car elle nécessite un système très rapide, rendant nécessaire le traitement des données en local. Les données brutes des capteurs de navigation et d’obstacles sont donc traitées localement. Amazon a d’ailleurs annoncé que les commandes Alexa en local seront elles-aussi bientôt disponibles sur Amazon Echo.

Le robot s’appuiera néanmoins sur le cloud pour conserver une carte 2D avec des informations telles que l'emplacement des murs, des pièces, des limites, des meubles et des objets, ainsi que des données connexes comme les noms de pièces fournis par le client sur l’application Amazon Astro. Rien de bien différent avec ce que nous connaissons avec nos robots aspirateurs, à ceci près que les données cartographiques seront chiffrées et stockées en toute sécurité avec des clés 256 bits… Ce qui est loin d’être toujours le cas pour nos aspirateurs.

Fasciné par Alexa depuis le jour où je l'ai reçue en bêta test, je me suis peu à peu passionné pour le sujet, avant de me décider à aller plus loin en créant un site avec Jean-Christophe. Une activité qui me permet d'étancher ma soif de nouvelles technologies et de partager mes découvertes sur la plus sympathique des communautés : Les Alexiens.