NASA déploie l'intelligence robotique pour autonomiser astronautes et industrie

Être astronaute n'est pas toujours glamour. Les membres d'équipage de la station spatiale passent environ un tiers de leur temps à charger le fret des capsules de ravitaillement et ramener les sacs poubelles, explique Shaun Azimi, chef de l'équipe Robotique Dextre au Centre Spatial Johnson de NASA à Houston. Et cela avec un équipage à temps plein de sept.

Alors que la NASA planifie des séjours prolongés sur et autour de la Lune pour les futures missions Artemis, l'agence veut que les robots prennent en charge ces tâches ingrates, libérant l'équipage pour la science et l'exploration. Problème : si les robots de SF passent pour humains, développer de vrais robots — bras articulés mobiles à six joints — pour accomplir les tâches humaines les plus simples est extraordinairement complexe.

PickNik et MoveIt Pro

« La manipulation robotique historiquement, c'est un gros bras d'usine déplaçant un châssis de voiture d'un convoyeur à un autre », dit Ezra Brooks, ingénieur logiciel principal chez PickNik Inc. Aucune intelligence n'est requise pour répéter ces actions préprogrammées.

Faire reconnaître un objet dans un environnement non structuré, l'approcher et opérer avec est tout autre chose, bien plus difficile. C'est le défi que relève PickNik (Boulder, CO), avec l'aide de la NASA.

Exemple : l'entreprise a travaillé avec les roboticistes de Johnson pour valider un logiciel permettant à un robot de reconnaître une écoutille de vaisseau — loquet, poignée, charnières — puis tourner le loquet, saisir la poignée, ouvrir la porte.

Planifier le mouvement d'une configuration de départ des joints d'un bras robotique à une configuration d'arrivée pour l'action suivante « demande des maths très astucieuses et beaucoup de puissance CPU ». Ensuite, en exécution, le logiciel commande au robot tous les micro-mouvements — jusqu'à 1000 fois/seconde. Un algorithme de rétroaction de force indique quand le robot a saisi le loquet, un algorithme de contrôle détermine la force pour le tourner.

Applications terrestres déjà réelles

Alors que beaucoup reste à faire pour les opérations lunaires, le logiciel MoveIt Pro développé avec la NASA trouve déjà des applications sur Terre.

Le travail à Johnson, financé par le programme SBIR (Small Business Innovation Research), s'est déroulé dans le nouveau iMETRO (Integrated Mobile Evaluation Testbed for Robotics Operations). L'équipe a aussi prouvé la capacité du logiciel à faire lever des sacs de transfert de fret type ISS dans et hors de l'écoutille et d'un bac de stockage, anticipant les tâches Artemis futures.

MoveIt Pro, développé sous financement SBIR NASA et Space Force, a vu son interface utilisateur, son autonomie et sa récupération d'erreur améliorées par de nouveaux contrats SBIR NASA.

Vision Artemis : robots 11 mois/an

Premières missions Artemis courtes, mais éventuellement équipages de 4 passeraient 1 mois/an sur la Lune et en orbite (station Gateway). Les 11 autres mois, robots chargeraient/déchargeraient fournitures, inspecteraient, maintiendraient — permettant au prochain équipage de maximiser son séjour. « Je vois ça comme maximiser la valeur de l'argent dépensé pour amener des humains sur la Lune », dit Azimi.

Mêmes robots pourraient servir sur stations spatiales commerciales en orbite basse, aussi occupées à temps partiel.

Base commerciale terrestre finançant le développement spatial

Pour l'instant, PickNik bâtit une clientèle commerciale terrestre, finançant le développement produit et le rendant durable. « Notre développement via NASA SBIRs se concentre sur les gaps entre cas d'usage terrestre et spatial. » Ex : communications instables Terre-Lune → robots plus indépendants. Capacité réparation à distance cruciale quand opérateurs à 240 000 miles. Mais ces capacités utiles sur Terre aussi.

Brooks : sans financement initial NASA, l'entreprise de 35 personnes n'aurait peut-être pas développé de produit commercial. En robotique, « il faut des années de recherche et développement itératif pour raffiner algorithmes et faire de la science sérieuse avant d'avoir un produit distinct vendable. » NASA a financé ce travail fondateur.

Travailler avec NASA = plonger dans le grand bain de problèmes très difficiles que presque personne d'autre n'affronte encore. Brooks a affronté certains comme contractant NASA sur la mission OSAM-1 (maintenance, assemblage, fabrication en orbite), projet ambitieux annulé quelques années après son départ pour PickNik. Ce travail l'a aidé à anticiper et adresser les défis de l'équipe MoveIt.

Tout le développement logiciel financé par NASA est déjà intégré dans MoveIt Pro, produit phare lancé 2023. Clientèle significative : BMW l'utilise pour plus d'intelligence sur lignes d'assemblage robotiques ; automatise bras robotiques dans halls de deux centres d'apprentissage Amazon Web Services.

Lightspeed utilise MoveIt Pro pour programmer d'énormes bras construisant des "panneaux" de murs, toits, planchers pour adresser la pénurie nationale de logement abordable. PickNik a personnalisé le logiciel pour Hivebotics Singapour automatisant son produit phare : robot nettoyeur de toilettes Abluo.

Pour qu'un jour MoveIt Pro automatise robots dans l'espace, ingénieurs et agences devront bâtir confiance en l'intelligence robotique pour missions spatiales. « C'est bien plus compliqué que n'importe quel logiciel jamais volé dans l'espace. » Mais Azimi : le gain vaudra l'effort. Robots logistiques pourraient faire maintenance installations et faire tourner expériences scientifiques pendant l'absence de l'équipage. « Tout ce que les robots feront pendant ces 11 mois, vous êtes en avance par rapport à ne pas avoir cette capacité. »