Robots aériens : autonomie et sécurité des drones

Employés depuis long­temps à des fins mili­taires, les drones répondent aus­si à des usages civils de plus en plus variés, en par­ti­cu­lier dans un sou­ci de pro­tec­tion des vies. La clé du suc­cès tient à la capa­ci­té à déve­lop­per des maté­riels effi­caces et sûrs. Les pro­grès atten­dus impliquent des déve­lop­pe­ments signi­fi­ca­tifs dans les domaines de la coopé­ra­tion hom­me­ma­chine, de la per­cep­tion de l’en­vi­ron­ne­ment et de la sécurité.

Il existe de nom­breux modèles de drones cou­ram­ment uti­li­sés sur les théâtres d’o­pé­ra­tions mili­taires et depuis plu­sieurs décen­nies. La fia­bi­li­té de ces drones et la sûre­té de leurs sys­tèmes de contrôle peuvent encore être gran­de­ment amé­lio­rées : on est très loin du niveau actuel de sécu­ri­té des aéro­nefs pilotés.

REPÈRES
Qu’est-ce qu’un drone, sinon un « robot » aérien ? Encore faut-il appré­cier la signi­fi­ca­tion de cette équi­va­lence, si on l’ac­cepte, à sa juste valeur. Le terme » robot » ren­voie à la notion de » tra­vailleur « , donc de tâche ou de mis­sion à accom­plir. Un drone est un engin sans pilote à bord, conçu pour réa­li­ser des mis­sions de façon plus sûre ou plus effi­cace qu’un engin pilo­té. Le reste est plu­tôt affaire d’aé­ro­mo­dé­lisme. Sur le plan de l’an­cien­ne­té, les drones n’ont pas à rou­gir de la com­pa­rai­son avec leurs cou­sins robots : les mêmes méca­nismes d’hor­lo­ge­rie, qui gou­ver­naient les pre­miers auto­mates, ont per­mis le vol » auto­nome » des pre­miers drones dès la Pre­mière Guerre mon­diale. Pour l’ef­fi­ca­ci­té on a fait mieux depuis. Pour la sécu­ri­té aussi.

Les uti­li­sa­teurs de drones cherchent des ter­rains d’exer­cice adé­quats, car les risques de dom­mages col­la­té­raux sont inac­cep­tables sous nos lati­tudes : l’Af­gha­nis­tan ou l’I­rak conviennent, le Koso­vo a conve­nu, la fron­tière amé­ri­ca­no­mexi­caine a conve­nu jus­qu’au pre­mier accident.

On est très loin du niveau actuel de sécu­ri­té des aéro­nefs pilotés

On se sou­cie cepen­dant tou­jours d’ef­fi­ca­ci­té, car lors­qu’on perd le contrôle d’un drone, il ne peut plus accom­plir sa mis­sion. D’ailleurs, les mis­sions des drones actuels sont encore res­treintes à celles de l’a­via­tion de la Pre­mière Guerre mon­diale, et encore : obser­va­tion certes, dési­gna­tion d’ob­jec­tifs aus­si, bom­bar­de­ment peu, attaque très occa­sion­nel­le­ment… pas de com­bat aérien, peu de trans­port, quelques acro­ba­ties, mais uni­que­ment en laboratoire.

Pro­té­ger des vies
Les mis­sions de recherche et sau­ve­tage de per­sonnes en milieu hos­tile sont un exemple inté­res­sant d’emploi des drones : ceux-ci pour­raient per­mettre de ne pas expo­ser inuti­le­ment un grand nombre de per­sonnes dans le but d’en sau­ver d’autres et de n’in­ter­ve­nir qu’a­près éva­lua­tion des risques.

Applications civiles

Un cer­tain nombre de tra­vaux de recherche, cer­tains finan­cés par la Com­mis­sion euro­péenne, ont per­mis d’é­tu­dier les concepts d’ap­pli­ca­tions futures pos­sibles des drones dans le domaine civil. Les drones sont cer­tai­ne­ment une alter­na­tive tech­no­lo­gique sérieuse à l’emploi de satel­lites d’ob­ser­va­tion. Plus pro­met­teuse serait la pos­si­bi­li­té d’employer ces engins dans des contextes d’in­ter­ven­tion au sein d’en­sembles d’a­gents plus com­plexes ou comme maillons actifs d’un réseau d’in­for­ma­tion et de déci­sion. Un grand nombre de mis­sions en milieu hos­tile pour les­quelles il faut actuel­le­ment ris­quer la vie de plu­sieurs per­sonnes pour­raient être consi­dé­rées autre­ment si était faite la démons­tra­tion de la fai­sa­bi­li­té de drones dotés de capa­ci­tés déci­sion­nelles suffisantes.

Suc­cès commercial
Yama­ha a ven­du plu­sieurs mil­liers de drones civils (Yama­ha R50 et RMaX) pour l’é­pan­dage agri­cole sur des champs de thé ou de riz au Japon et en Asie du Sud-Est. Ils volent bas et pas loin, mais ils sont ren­tables et opé­rés de façon rou­ti­nière. Ce suc­cès notable s’est accom­pa­gné du déploie­ment d’un réseau de détaillants, conces­sion­naires et garages où l’on peut faire réa­li­ser la vidange et la révi­sion de son drone.

Les mis­sions de sur­veillance sont un exemple simple : le sys­tème auto­nome prend en charge les tâches de pilo­tage et de gui­dage, ain­si que des tâches de veille pour les­quelles la vigi­lance humaine est faillible. Il sou­lage véri­ta­ble­ment l’o­pé­ra­teur afin que celui-ci puisse se consa­crer à la ges­tion de la mis­sion. Au rayon des appli­ca­tions poten­tielles, on trouve plé­thore de pro­po­si­tions, depuis la lutte anti-incen­die jus­qu’à la sur­veillance des ouvrages d’art, le tout avec, pour le moment, une foule indis­tincte d’ap­pa­reils can­di­dats de toutes formes et de toutes tailles. Où l’on trouve plus cer­tai­ne­ment une logique pro­mo­tion­nelle que prag­ma­tique de la part des fabricants.

Sécuriser l’espace aérien

Sur ce mar­ché émergent, des drones assez légers et de petite taille sont dis­po­nibles : quelques kilos. Ils ne sont pas très sûrs, mais ils semblent moins dan­ge­reux. Cepen­dant, la simple ren­contre d’un petit drone et d’un pare­brise de véhi­cule pour­rait engen­drer un acci­dent très grave. D’où cer­taines réti­cences jus­ti­fiées. De façon géné­rale, les besoins opé­ra­tion­nels ne sont pas bien expri­més, les condi­tions d’emploi ne sont pas pré­cises. La régle­men­ta­tion actuelle reste donc très géné­rale, très contrai­gnante (« limi­tante ») pour garan­tir la sécu­ri­té des biens et des per­sonnes envi­ron­nantes, pour le moment sou­vent en inter­di­sant les drones.

Auto­no­mie
Les capa­ci­tés d’au­to­no­mie ou « l’au­to­no­mie » défi­nissent la capa­ci­té d’un sys­tème à s’a­dap­ter seul à son envi­ron­ne­ment. Le drone étant construit pour être dédié à une tâche ou à une mis­sion, il est opé­ré par un opé­ra­teur, qui super­vise de façon très inté­res­sée sa mis­sion ou son tra­vail. On recherche une plus grande effi­ca­ci­té en mis­sion en déchar­geant l’o­pé­ra­teur de cer­taines tâches rou­ti­nières que les drones sont cen­sés assu­mer : n’ont-ils pas été ini­tia­le­ment ima­gi­nés pour les mis­sions rou­ti­nières, dan­ge­reuses ou sales (dull, dan­ge­rous and dirty) ?

Multiples expérimentations

Il existe des drones expé­ri­men­taux et de labo­ra­toire : l’u­ni­ver­si­té de Geor­gia­Tech tra­vaille avec des héli­co­ptères Yama­ha R50 depuis 1995 et depuis 1998 avec son suc­ces­seur le Yama­ha RMaX. L’u­ni­ver­si­té de Ber­ke­ley et celle de Car­ne­gie Mel­lon de même tra­vaillent sur ce type d’en­gins et en ont acquis de véri­tables petites flottes aériennes. L’é­quipe de l’US-Army Heli­cop­ter Divi­sion loca­li­sée dans le centre de recherche d’Ames de la NASA tra­vaille avec des Yama­ha RMaX depuis 1999. En France, l’O­ne­ra tra­vaille sur ces mêmes engins depuis 2002 et sur d’autres petits drones depuis 1995. De nom­breuses uni­ver­si­tés et bureaux d’é­tudes indus­triels tra­vaillent dans le domaine des drones dans le but de rendre ces der­niers plus « autonomes ».

Une conception adaptée aux performances

On cherche à déve­lop­per l’au­to­no­mie des drones en regard des aspects liés à la concep­tion, aux per­for­mances et à la sécu­ri­té. La concep­tion d’un drone doit être adap­tée à sa mis­sion dans des condi­tions d’emploi nomi­nales et dégradées.

On trouve plus une logique pro­mo­tion­nelle que prag­ma­tique de la part des fabricants

En matière de per­for­mances, le drone a besoin d’une cer­taine intel­li­gence embar­quée pour lui per­mettre de per­ce­voir, de déci­der et de s’a­dap­ter loca­le­ment à l’en­vi­ron­ne­ment et aux autres aéro­nefs ou agents, comme le ferait un pilote : atter­rir sans dan­ger, rat­tra­per une rafale de vent, évi­ter des obs­tacles impré­vus, évi­ter les autres aéro­nefs, etc. Enfin, au plan de la sécu­ri­té, tout sys­tème de drones doit à tout moment res­ter sous le contrôle des opé­ra­teurs qui le super­visent, en assu­rant une bonne infor­ma­tion sur la situa­tion. En cas d’ur­gence, le drone doit res­ter dans une enve­loppe de sécu­ri­té garan­tie pour un retour au sol sans dan­ger pour autrui.

Des drones plus auto­nomes pour garan­tir plus de sécurité

Il peut être néces­saire d’a­voir des drones plus auto­nomes pour garan­tir plus de sécu­ri­té, c’est pro­ba­ble­ment le fac­teur le plus déter­mi­nant pour le déve­lop­pe­ment de l’au­to­no­mie des drones.

Autonomie limitée

La notion » d’au­to­no­mie » a ain­si été atta­chée au terme de » drone » de façon quelque peu abu­sive. On entend main­te­nant par­ler de « drones sous-marins « , » drones marins « , voire « drones ter­restres « , mais c’est faire grande injus­tice aux robots qui peuplent nos ouvrages de science-fic­tion, nos usines, nos labo­ra­toires de robo­tique et d’in­tel­li­gence arti­fi­cielle depuis fort long­temps main­te­nant. On peut éga­le­ment trou­ver nombre d’exemples où une tâche peut être accom­plie par un drone, sans qu’il fasse preuve d’une très grande auto­no­mie : les drones d’é­pan­dage agri­cole sont opé­rés manuel­le­ment, car la ver­sion auto­nome du Yama­ha RMaX ne sait pas se pas­ser d’un opé­ra­teur de sécu­ri­té au bord du champ à trai­ter, ni tenir compte de rafales sou­daines de vent, ni faire une pause au moment du pas­sage d’é­co­liers ou d’autres pas­sants. Les drones mili­taires ne font guère plus que suivre leur plan de vol et les dérou­te­ments qu’on leur impose : si ce n’est pour­suivre auto­ma­ti­que­ment une cible avec un cap­teur de dési­gna­tion. La prise de déci­sion relève du com­man­de­ment et heureusement.

Auto­ma­ti­sa­tion indispensable
Dans l’exemple d’une tâche d’ap­pon­tage d’un drone sur le pont d’un navire dans la houle, il est pra­ti­que­ment impos­sible à un opé­ra­teur dépor­té, qui plus est situé sur le navire en mou­ve­ment sous l’ef­fet de la houle, de pilo­ter l’ap­pon­tage d’un drone, ni en pilo­tage à vue ni aux ins­tru­ments. Il lui fau­drait tout à la fois faire abs­trac­tion des mou­ve­ments du navire pour mieux contrô­ler ceux de l’aé­ro­nef d’une part et tenir compte des mou­ve­ments du navire pour mieux choi­sir le meilleur moment pour la manoeuvre finale d’autre part. Les expé­ri­men­ta­tions amé­ri­caines ont per­mis de conclure à une impos­si­bi­li­té pra­tique sur ce point.

Les phases critiques

On peut cepen­dant aus­si trou­ver des mis­sions ou des tâches, que l’on ne peut pas encore deman­der à un drone faute d’une plus forte auto­no­mie du sys­tème. Le besoin d’au­to­ma­ti­sa­tion des phases cri­tiques au cours de ces tâches ou mis­sions appa­raît clai­re­ment lors­qu’il est for­te­ment néces­saire de s’a­dap­ter à l’é­tat de l’ap­pa­reil ou à un envi­ron­ne­ment immé­diat chan­geant et incertain.

Premiers succès

On cherche donc à rendre cer­tains drones plus auto­nomes et, en labo­ra­toire, on y arrive.

Prouesses
Les drones « auto­nomes », prin­ci­pa­le­ment ceux déve­lop­pés par les labo­ra­toires, mais aus­si par les indus­triels du domaine, ont pu réa­li­ser des démons­tra­tions par­fois très spec­ta­cu­laires comme des appon­tages sur pont de navire dans la houle, des « atter­ris­sages au pla­fond « , des « récu­pé­ra­tions » de capa­ci­tés de contrôle après perte asy­mé­trique des deux tiers d’une aile.

Cer­taines démons­tra­tions de labo­ra­toire sont fon­dées sur des recherches avan­cées en trai­te­ment du signal et intel­li­gence arti­fi­cielle, comme l’in­té­gra­tion de capa­ci­tés de trai­te­ment d’i­mage embar­quées per­met­tant des adap­ta­tions du vol et de la mis­sion : détec­tion et évi­te­ment d’obs­tacles ténus (câbles) ; sui­vi auto­ma­tique de cibles mobiles ; explo­ra­tion et car­to­gra­phie d’en­vi­ron­ne­ments peu struc­tu­rés (cou­verts fores­tiers) et mal connus (vil­lages endom­ma­gés) ; repla­ni­fi­ca­tion de la mis­sion à bord en fonc­tion de la per­cep­tion ou de la car­to­gra­phie de l’en­vi­ron­ne­ment ; coor­di­na­tion de plu­sieurs engins pour la réa­li­sa­tion de tâches com­munes. Cer­tains drones sont plu­tôt » des drones d’in­té­rieur « , qui se trouvent très myopes et faci­le­ment éblouis à l’ex­té­rieur de bâti­ments, et d’autres sont des » drones d’ex­té­rieur » qui ont bien du mal à navi­guer sans encombre entre ou dans les bâti­ments qui leur masquent leur sacro-saint signal GPS. Le rythme des démons­tra­tions montre l’exis­tence d’une réelle base tech­no­lo­gique pour avan­cer dans la bonne voie.

Outils de preuve

Cepen­dant, il faut éga­le­ment consta­ter que les démons­tra­tions réa­li­sées ne sont jamais étof­fées de garan­ties satis­fai­santes de repro­duc­ti­bi­li­té ou de robus­tesse. Les prouesses accom­plies sont éphé­mères, rare­ment rou­ti­nières. Or en robo­tique, l’ef­fet « démo » mis à part, la phy­sique a ten­dance à prendre le pas et à l’emporter sur le sys­tème arti­fi­ciel. Les capa­ci­tés d’a­dap­ta­tion auto­ma­tique ou auto­nome, dont on vou­drait doter les drones, posent même de sérieux pro­blèmes quand il s’a­git de prou­ver que le concept ima­gi­né est capable de se com­por­ter de façon déter­mi­niste par rap­port aux exi­gences de sécu­ri­té (à une auto­ri­té de cer­ti­fi­ca­tion ou d’au­to­ri­sa­tion de vol par exemple). « Cou­vrir » tous les cas pos­sibles, quels que soient les évé­ne­ments et occur­rences dans l’en­vi­ron­ne­ment non déter­mi­niste, com­plexe, chan­geant et incer­tain du sys­tème est un voeu pieux : des outils de preuve sont nécessaires.

Recherches multidisciplinaires

Outre l’a­van­cée de la matu­ri­té de cer­taines tech­no­lo­gies, dont la maî­trise est l’a­pa­nage des indus­triels du domaine, un cer­tain nombre d’a­van­cées doivent être accom­plies au car­re­four des recherches en auto­ma­tique, intel­li­gence arti­fi­cielle, trai­te­ment du signal et des images et sys­tèmes embar­qués (temps réel). Ces recherches sont ain­si conduites au sein de la com­mu­nau­té inter­na­tio­nale des labo­ra­toires de recherche, avec les orga­nismes ins­ti­tu­tion­nels fran­çais et euro­péens des domaines de la défense, de l’a­via­tion civile et de l’in­té­rieur, ain­si qu’a­vec les indus­triels du sec­teur, pour une future uti­li­sa­tion en sécu­ri­té des drones.

Un triple constat

Les tra­vaux de recherche actuels sont fon­dés sur le triple constat : il est pos­sible de doter un drone de capa­ci­tés de déci­sion embar­quées, même pour des mis­sions assez com­plexes ; de telles fonc­tions d’au­to­no­mie devront être intrin­sè­que­ment liées à un gain d’ef­fi­ca­ci­té dans la mis­sion et sur­tout à une amé­lio­ra­tion de la sécu­ri­té et de la sûre­té de fonc­tion­ne­ment ; pour conce­voir ces fonc­tions d’au­to­no­mie, on a besoin d’ou­tils per­met­tant de garan­tir la sûre­té de fonc­tion­ne­ment dans tous les cas et de moyens pour prou­ver que le résul­tat après inté­gra­tion est conforme aux exi­gences initiales.

Les prouesses accom­plies sont éphémères

Trois axes de travail

Les tra­vaux portent donc sur trois axes essen­tiels : tout d’a­bord la coopé­ra­tion (un drone auto­nome n’est jamais « tout seul « , il coopère avec humains et robots); ensuite, la per­cep­tion (un drone auto­nome a besoin de per­ce­voir son envi­ron­ne­ment) ; enfin, la sûre­té de fonc­tion­ne­ment (un drone très » intel­li­gent » doit être d’au­tant plus fiable et per­mettre qu’on le démontre).

Avec l’é­vo­lu­tion des tech­niques actuelles, et celle de la régle­men­ta­tion, on ne peut pas encore pré­tendre qu’on n’a jamais été aus­si proche de faire voler (insé­rer) des drones en sécu­ri­té dans les espaces aériens, mais on peut affir­mer qu’on n’a jamais été aus­si proche de s’at­ta­quer aux vrais points durs.

---

Articles similaires :

Les robots compagnons,une double oppor­tu­ni­té à saisir Nao : un robot huma­noïde à la française La robo­tique va-t-elle chan­ger le monde ? Il est temps de réflé­chir aux nou­velles valeurs éthiques FONDEX : une entre­prise fami­liale dans l’air du temps